扫描电镜的工作原理是什么？扫描电镜和透射电镜的区别

本文目录

• 扫描电镜的工作原理是什么
• 扫描电镜和透射电镜的区别
• 原子力显微镜和扫描电镜的异同点
• 扫描电镜可直接利用样品表面材料的物质性能进行微观成像，那影响扫描电镜的因素有哪些呢
• 扫描电镜是用来测什么的
• 什么是扫描电镜
• 冷热场发射扫描电镜的区别是什么
• 扫描电镜的成像原理与透射电镜有何不同

扫描电镜的工作原理是什么

扫描电镜从原理上讲就是利用聚焦得非常细的高能电子束在试样上扫描，激发出各种物理信息。通过对这些信息的接受、放大和显示成像，获得测试试样表面形貌的观察。

当一束极细的高能入射电子轰击扫描样品表面时，被激发的区域将产生二次电子、俄歇电子、特征x射线和连续谱X射线、背散射电子、透射电子，以及在可见、紫外、红外光区域产生的电磁辐射。同时可产生电子-空穴对、晶格振动（声子)、电子振荡（等离子体）。

扩展资料：

研发历程：

1873 Abbe 和Helmholfz 分别提出解像力与照射光的波长成反比。奠定了显微镜的理论基础。

1931德国物理学家Knoll 及Ruska 首先发展出穿透式电子显微镜原型机。

1938 第一部扫描电子显微镜由Von Ardenne 发展成功。

1959年第一台100KV电子显微镜 1975年第一台扫描电子显微镜DX3 在中国科学院科学仪器厂（现北京中科科仪技术发展有限责任公司）研发成功。

参考资料来源：百度百科-扫描电子显微镜

扫描电镜和透射电镜的区别

扫描电镜和透射电镜的区别在于。1、结构差异：主要体现在样品在电子束光路中的位置不同。透射电镜的样品在电子束中间，电子源在样品上方发射电子，经过聚光镜，然后穿透样品后，有后续的电磁透镜继续放大电子光束，最后投影在荧光屏幕上；扫描电镜的样品在电子束末端，电子源在样品上方发射的电子束，经过几级电磁透镜缩小，到达样品。当然后续的信号探测处理系统的结构也会不同，但从基本物理原理上讲没什么实质性差别。相同之处：都是电真空设备，使用绝大部分部件原理相同，例如电子枪，磁透镜，各种控制原理，消象散，合轴等等。2、基本工作原理：透射电镜：电子束在穿过样品时，会和样品中的原子发生散射，样品上某一点同时穿过的电子方向是不同，这样品上的这一点在物镜1-2倍焦距之间，这些电子通过过物镜放大后重新汇聚，形成该点一个放大的实像，这个和凸透镜成像原理相同。这里边有个反差形成机制理论比较深就不讲，但可以这么想象，如果样品内部是绝对均匀的物质，没有晶界，没有原子晶格结构，那么放大的图像也不会有任何反差，事实上这种物质不存在，所以才会有这种牛逼仪器存在的理由。经过物镜放大的像进一步经过几级中间磁透镜的放大（具体需要几级基本上是由电子束亮度决定的，如果亮度无限大，最终由阿贝瑞利的光学仪器分辨率公式决定），最后投影在荧光屏上成像。由于透射电镜物镜焦距很短，也因此具有很小的像差系数，所以透射电镜具有非常高的空间分辨率，0.1-0.2nm，但景深比较小，对样品表面形貌不敏感，主要观察样品内部结构。扫描电镜：电子束到达样品，激发样品中的二次电子，二次电子被探测器接收，通过信号处理并调制显示器上一个像素发光，由于电子束斑直径是纳米级别，而显示器的像素是100微米以上，这个100微米以上像素所发出的光，就代表样品上被电子束激发的区域所发出的光。实现样品上这个物点的放大。如果让电子束在样品的一定区域做光栅扫描，并且从几何排列上一一对应调制显示器的像素的亮度，便实现这个样品区域的放大成像。具体图像反差形成机制不讲。由于扫描电镜所观察的样品表面很粗糙，一般要求较大工作距离，这就要求扫描电镜物镜的焦距比较长，相应的相差系数较大，造成最小束斑尺寸下的亮度限制，系统的空间分辨率一般比透射电镜低得多1-3纳米。但因为物镜焦距较长，图像景深比透射电镜高的多，主要用于样品表面形貌的观察，无法从表面揭示内部结构，除非破坏样品，例如聚焦离子束电子束扫描电镜FIB-SEM，可以层层观察内部结构。透射电镜和扫描电镜二者成像原理上根本不同。透射电镜成像轰击在荧光屏上的电子是那些穿过样品的电子束中的电子，而扫描电镜成像的二次电子信号脉冲只作为传统CTR显示器上调制CRT三极电子枪栅极的信号而已。透射电镜我们可以说是看到了电子光成像，而扫描电镜根本无法用电子光路成像来想象。3、样品制备：TEM：电子的穿透能力很弱，透射电镜往往使用几百千伏的高能量电子束，但依然需要把样品磨制或者离子减薄或者超薄切片到微纳米量级厚度，这是最基本要求。透射制样是学问，制样好坏很多情况要靠运气，北京大学物理学院电子显微镜实验室，制样室都贴着制样过程规范，结语是祝你好运。SEM：几乎不用制样，直接观察。大多数非导体需要制作导电膜，绝大多数几分钟的搞定， 含水的生物样品需要固定脱水干燥，又要求不变形，比较麻烦，自然干燥还要晒几天吧。二者对样品共同要求：固体，尽量干燥，尽量没有油污染，外形尺寸符合样品室大小要求。

原子力显微镜和扫描电镜的异同点

原子力显微镜和扫描电镜的异同点：1、共同点：都是放大。2、不同点：1）、原子力显微镜（Atomic Force Microscope ，AFM），一种可用来研究包括绝缘体在内的固体材料表面结构的分析仪器。它通过检测待测样品表面和一个微型力敏感元件之间的极微弱的原子间相互作用力来研究物质的表面结构及性质。2）扫描电子显微镜（SEM）是1965年发明的较现代的细胞生物学研究工具，主要是利用二次电子信号成像来观察样品的表面形态。想要了解更多关于原子力显微镜的相关信息，推荐咨询Park原子力显微镜。尤其Park原子力显微镜的Park X20。Park NX20具备独一无二的功能，可快速帮助客户找到产品失效的原因，并帮助客户制定出更多具有创意的解决方案；无与伦比的精密度为带来高分辨率数据，让您能够更加专注于工作。与此同时，真正非接触扫描模式让探针尖端更锋利、更耐用，无需为频繁更换探针而耗费大量的时间和金钱。

扫描电镜可直接利用样品表面材料的物质性能进行微观成像，那影响扫描电镜的因素有哪些呢

A. 入射电子束束斑直径:为扫描电镜分辨本领的极限.一般,热阴极电子枪的最小束斑直径可缩小到6nm,场发射电子枪可使束斑直径小于3nm.B. 入射电子束在样品中的扩展效应:扩散程度取决于入射束电子能量和样品原子序数的高低.入射束能量越高,样品原子序数越小,则电子束作用体积越大,产生信号的区域随电子束的扩散而增大,从而降低了分辨率.C. 成像方式及所用的调制信号:当以二次电子为调制信号时,由于其能量低(小于50 eV),平均自由程短(10~100 nm左右),只有在表层50~100 nm的深度范围内的二次电子才能逸出样品表面, 发生散射次数很有限,基本未向侧向扩展,因此,二次电子像分辨率约等于束斑直径.当以背散射电子为调制信号时,由于背散射电子能量比较高,穿透能力强,可从样品中较深的区域逸出(约为有效作用深度的30%左右).在此深度范围,入射电子已有了相当宽的侧向扩展,所以背散射电子像分辨率要比二次电子像低,一般在500~2000nm左右.如果以吸收电子、X射线、阴极荧光、束感生电导或电位等作为调制信号的其他操作方式,由于信号来自整个电子束散射区域,所得扫描像的分辨率都比较低,一般在l000 nm或l0000nm以上不等.

扫描电镜是用来测什么的

“扫描电子显微镜(SEM) 是一种介于透射电子显微镜和光学显微镜之间的一种观察手段。其利用聚焦的很窄的高能电子束来扫描样品， 通过光束与物质间的相互作用， 来激发各种物理信息， 对这些信息收集、放大、再成像以达到对物质微观形貌表征的目的。

什么是扫描电镜

扫描电镜即扫描电子显微镜(scanning electron microscopy，SEM)。扫描电子显微镜主要是利用二次电子信号成像来观察样品的表面形态，即用极狭窄的电子束去扫描样品，通过电子束与样品的相互作用产生各种效应，其中主要是样品的二 次电子发射。二次电子能够产生样品表面放大的形貌像，这个像是在样品被扫描时按时序建立起来的，即使用逐点成像的方法获得放大像。

冷热场发射扫描电镜的区别是什么

1、适用范围不同。

冷场发射扫描电镜是一种用于材料科学、化学领域的分析仪器，而热场发射扫描电镜是一种用于物理学、材料科学、能源科学技术领域的分析仪器。热场发射扫描电镜使用范围更广。

2、技术指标不同。

冷场发射扫描电镜：

辨率：1.0nm (15kV)，2.0nm (1kV)，1.4nm(1KV)入射电子减速功能。放大倍率：×20 ~ ×800,000。加速电压：0.5 ~ 30kV。X射线能谱仪分辨率/有效面积：不低于133eV，10mm2。

热场发射扫描电镜：

放大倍数：35—90万倍。分辨率：工作电压15kV时分辨率为1.0nm。加速电压：0.2Kv—30Kv。能谱：探测元素范围B5-U92。能量分辨率：136eV。

3、主要功能不同。

冷场发射扫描电镜是超显微、形貌与成分分析相结合。而热场发射扫描电镜是物理学，材料科学，能源科学技术。

场发射扫描电镜的环境条件：

扫描电子显微镜的使用环境条件主要涉及温度、湿度、震动、磁场强度、接地等几个因素。

一般情况下，环境温度需控制在22～25℃，相对湿度以小于70%为宜，保证实验室清洁整齐，避免大声喧哗及震动、磁场的干扰。

温湿度控制需配备空调和除湿机，特别是在南方地区一定要保证对湿度的控制，避免温湿度对电镜电子部件的影响。

由于场发射扫描电子显微镜的分辨率较高，对震动和磁场强度的要求也较高，所以需尽量避免震动和杂散磁场的干扰。

一般在安装时，建议将电镜放置在楼体一层，远离输电线路、大功率设备等，并做防震地基和独立地线设置。

电镜地线要求必须是独立地线，即接地体到接线端子均完全独立，避免地线连接到公共接地体。在使用过程中，若周围有杂散磁场，在大倍数观察时图像会出现纵或横条纹干扰。总之，日常使用过程中要严格控制电镜的环境条件。

以ULTRAPLUS扫描电子显微镜为例，环境条件要求如下：温度保持在21～25℃，相对湿度小于65%，磁场强度小于3×10－7T，噪声强度小于65dB，独立地线的接地电阻小于0.1Ω。

扫描电镜的成像原理与透射电镜有何不同

1、方式不同

扫描电镜和电视扫描原理相同的成像方式，透射电镜和光学显微镜或者照相机成像原理相同的成像方式。

2、实现不同

扩展资料：

透射电子显微镜是把经加速和聚集的电子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，影像将在放大、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。

由于电子的德布罗意波长非常短，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，放大倍数为几万～百万倍。

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，比光学显微镜所能够观察到的最小的结构小数万倍。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、以及纳米技术、半导体研究等等。

在放大倍数较低的时候，TEM成像的对比度主要是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。

而当放大率倍数较高的时候，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。