扫描电子显微镜和透射电子显微镜的工作原理

　　电子显微镜已经成为表征各种材料的有力工具。它的多功能性和*的空间分辨率使其成为许多应用中非常有价值的工具。其中，两种主要的电子显微镜是透射电子显微镜(TEM)和扫描电子显微镜(SEM)。在这篇文中，将简要描述他们的相似点和不同点。

　　扫描电镜和透射电镜的工作原理

　　从相似点开始,这两种设备都使用电子来获取样品的图像。他们的主要组成部分是相同的;

　　电子源;

　　电磁和静电透镜控制电子束的形状和轨迹;

　　光阑。

　　所有这些组件都存在于高真空中。现在转向这两种设备的差异性。扫描电镜(SEM)使用一组特定的线圈以光栅样式扫描样品并收集散射的电子。

　　而透射电镜(TEM)是使用透射电子，收集透过样品的电子。因此，透射电镜(TEM)提供了样品的内部结构，如晶体结构，形态和应力状态信息，而扫描电镜(SEM)则提供了样品表面及其组成的信息。

　　而且，这两种设备*明显的差别之一是它们可以达到的*佳空间分辨率;扫描电镜(SEM)的分辨率被限制在?0.5nm，而随着*近在球差校正透射电镜(TEM)中的发展，已经报道了其空间分辨率甚至小于50pm。

　　哪种电子显微镜技术*适合操作员进行分析?

　　这*取决于操作员想要执行的分析类型。例如，如果操作员想获取样品的表面信息，如粗糙度或污染物检测，则应选择扫描电镜(SEM)。另一方面，如果操作员想知道样品的晶体结构是什么，或者想寻找可能存在的结构缺陷或杂质，那么使用透射电镜(TEM)是的方法。扫

　　描电镜(SEM)提供样品表面的3D图像，而透射电镜(TEM)图像是样品的2D投影，这在某些情况下使操作员对结果的解释更加困难。

　　由于透射电子的要求，透射电镜(TEM)的样品必须非常薄，通常低于150nm，并且在需要高分辨率成像的情况下，甚至需要低于30nm，而对于扫描电镜(SEM)成像，没有这样的特定要求。

　　这揭示了这两种设备之间的另一个主要差别：样品制备。扫描电镜(SEM)的样品很少需要或不需要进行样品制备，并且可以通过将它们安装在样品杯上直接成像。

　　相比之下，透射电镜(TEM)的样品制备是一个相当复杂和繁琐的过程，只有经过培训和有经验的用户才能成功完成。样品需要非常薄，尽可能平坦，并且制备技术不应对样品产生任何伪像(例如沉淀或非晶化)。目前已经开发了许多方法，包括电抛光，机械抛光和聚焦离子束刻蚀。专用格栅和支架用于安装透射电镜(TEM)样品。

　　SEMvsTEM：操作上的差异

　　这两种电子显微镜系统在操作方式上也有所不同。扫描电镜(SEM)通常使用15kV以上的加速电压，而透射电镜(TEM)可以将其设置在60-300kV的范围内。

　　与扫描电镜(SEM)相比，透射电镜(TEM)提供的放大倍数也相当高：透射电镜(TEM)可以将样品放大5000万倍以上，而对于扫描电镜(SEM)来说，限制在1-2百万倍之间。

　　然而，扫描电镜(SEM)可以实现的*大视场(FOV)远大于透射电镜(TEM)，用户可以只对样品的一小部分进行成像。同样，扫描电镜(SEM)系统的景深也远高于透射电镜(TEM)系统。

　　另外，在两个系统中创建图像的方式也是不同的。在扫描电镜中，样品位于电子光学系统的底部，散射电子(背散射或二次)被电子探测器捕获，然后使用光电倍增管将该信号转换成电信号，该电信号被放大并在屏幕上产生图像。

　　在透射电镜(TEM)中，样品位于电子光学系统的中部。入射电子穿过它，并通过样品下方的透镜(中间透镜和投影透镜)，图像直接显示在荧光屏上或通过电荷耦合器件(CCD)相机显示在PC屏幕上。