扫描电子显微镜
扫描电子显微镜(scanning electron microscope),简称扫描电镜
(SEM)o是一种利用电子束扫描样品表面从而获得样品信息的电子 显微镜。它能产生样品表面的高分辨率图像，且图像呈三维，打描 电子显微镜能被用来鉴定样品的表面结构。
结构
扫描电子显微镜由三人部分组成：真空系统，电子束系统以及成像 系统。
真空系统
真空系统主要包括真空泵和真空柱两部分。真空柱是-个密封的柱 形容器。
真空泵用来在真空柱内产生真空。有机械泵、油扩散泵以及涡轮分 了泵三人类，机械泵加油扩散泵的组合可以满足配置餌枪的SEM的 真空要求，但对于装配了场致发射枪或六硼化锢枪的SEM,则需要机 械泵加涡轮分了泵的组合。
成像系统和电子束系统均内置在真空柱中。之所以要用真空，主要 基于以下两点原因：
•电子束系统中的灯丝在普通大气中会迅速氧化而失效，所以除 了在使用SEM时需要用真空以外，平时还需要以纯氮气或惰性 气体充满整个真空柱。
•为了增大电子的平均自由程，从而使得用于成像的电子更多。
电子束系统
电子束系统由电子枪和电磁透镜两部分组成，主要用于产生一束能
量分布极窄的、电子能量确定的电子束用以扫描成像。
电子枪
电子枪用于产生电子，主要有两大类，共三种。
一类是利用场致发射效应产生电了，称为场致发射电了枪。这种电
子枪极其昂贵，在十万美元以上，且需要小于的极高真空。 但它具有至少1000小时的寿命，且不需要电磁透镜系统。
另一类则是利用热发射效应产生电了，有钩枪和六硼化澜枪两种。 鹄枪寿命在30〜100小时之间，价格便宜，但成像不如其它两种明 亮，常作为廉价或标准SEM配置。六硼化澜枪寿命介于场致发射电 子枪与鹄枪之间，为200〜1000小时，价格约为餌枪的十倍，图像 比钩枪明亮5〜10倍，需要略高于钩枪的真空，一般在lCftorr以 上；但比餌枪容易产生过度饱和与热激发问题。
电磁透镜
热发射电子需要电磁透镜来成束，所以在用热发射电子枪的SEM上, 电磁透镜必不可少。通常会装配两组：
•汇聚透镜：用汇聚电子束，装配在真空柱中，位于电子枪之下。 通常不止一个，并有一组汇聚光圈与之相配。但汇聚透镜仅仅 用于汇聚电了朿，与成像会焦无关。
•物镜：物镜为真空柱中最下方的一个电磁透镜，它负责将电子 束的焦点汇聚到样品表面。
成像系统
电子经过一系列电磁透镜成束后，打到样品上与样品相互作用，会 产生次级电子、背散射电子、俄歇电子以及X射线等一系列信号。 所以需要不同的探测器譬如次级电子探测器、X射线能谱分析仪等 来区分这些信号以获得所需要的信息。虽然X射线信号不能用于成 像，但习惯上，仍然将X射线分析系统划分到成像系统中。
有些探测器造价昂贵，比如Robinsons式背散射电子探测器，这时, 可以使用次级电子探测器代替，但需要设定一个偏压电场以筛除次 级电子。
基本参数
放大率
与普通光学显微镜不同，在SEM中，是通过控制扫描区域的大小来 控制放大率的。如果需要更高的放大率，只需要扫描更小的一块面 积就可以了。放大率由屏幕/照片面积除以扫描面积得到。
所以，SEM中，透镜与放大率无关。
场深
在SEM中，位于焦平面上下的一小层区域内的样品点都可以得到良 好的汇焦而成像。这一小层的厚度称为场深，通常为几纳米厚，所 以，SEM可以用于纳米级样品的三维成像。
作用体积
电子束不仅仅与样品表层原子发生作用，它实际上与一定厚度范围
内的样品原子发生作用，所以存在一个作用“体积”。
作用体积的厚度因信号的不同而不同：
•俄歇电了： 0. 5〜2nm。
•次级电了： 5入，对于导体，入二lnm；对于绝缘体，入二10nm。
•背散射电子：10倍于次级电子。
•特征X射线：“1级。
• X射线连续谱：略大于特征X射线，也在nm级。
工作距离
工作距离指从物镜到样品最高点的垂直距离。
如果增加工作距离，可以在其它条件不变的情况下获得更人的场深。
如果减少工作距离，则可以在其它条件不变的情况下获得更高的分 辨率。
通常使用的工作距离在5mm到10mm之间。
用途
成像
次级电子和背散射电子可以用于成像，两者用处不一，前者多用在 显示物体表面起伏，后者则是用在显示物体原子序数的差异。
表面分析 俄歇电子、特征X射线、背散射电子的产生过程均与样品原子性质 有关，所以可以用于成分分析。但由于电子束只能穿透样品表面很 浅的一层（参见作用体积），所以只能用于表面分析。
表面分析以特征X射线分析最常用，所用到的探测器有两种：能谱 分析仪与波谱分析仪。前者速度快但精度不高，后者非常精确，可 以检测到“痕迹元素”的存在，但耗时太长。
透射电子显微镜
透射电子显微镜（Transmission electron microscope, TEM）,简 称透射电镜，是把经加速和聚集的电了束投射到非常薄的样品上， 电子与样品中的原子碰撞而改变方向，从而产生立体角散射。散射 角的大小与样品的密度、厚度相关，因此可以形成明暗不同的影像, 影像将在放人、聚焦后在成像器件（如荧光屏、胶片以及感光耦合 组件）上显示出来。
由于电子的徳布罗意波氏非常短，透射电子显微镜的分辨率比光学 显微镜高的很多，可以达到0.1〜0. 2nm,放大倍数为几万〜几百万 倍。因此，使用透射电子显微镜可以用于观察样品的精细结构，甚 至可以用于观察仅仅一列原子的结构，是光学显微镜所能够观察到 的最小结构的数万分之一。TEM在中和物理学和生物学相关的许多 科学领域都是重要的分析方法，如癌症研究、病毒学、材料科学、 纳米技术以及半导体研究等等。
在放大倍数较低的时候，TEM成像的对比度主要足由于材料不同的 厚度和成分造成对电子
的吸收不同而造成的。而当放人倍数较高的 时候，复杂的波动作用会造成成像的亮度的不同，因此需要专业知 识来对所得到的像进行分析。通过使用TEM不同的模式，可以通过 物质的化学特性、晶体方向、电子结构、样品造成的电子相移以及 通常的对电子吸收对样品成像。
第一台TEM由马克斯•克诺尔和恩斯特•鲁斯卡在1931年研制，恩 斯特•阿贝最开始指出，对物体细节的分辨率受到用于成像的光波 波长的限制，因此使用光学显微镜仅能对pm级的结构进行放人观察。 通过使用由奥古斯特•柯勒和莫里茨•冯•罗尔研制的紫外光显微 镜，可以将极限分辨率提升约一倍。然而，由于常用的玻璃会吸收 紫外线，这种方法需要更昂贵的石英光学元件。当时人们认为由于 光学波长的限制，无法得到亚禺分辨率的图像。
