透射電鏡和掃描電鏡的差異

透射電鏡和掃描電鏡的差異

主要體現(xiàn)在樣品在電子束光路中的位置不同。透射電鏡的樣品在電子束中間，電子源在樣品上方發(fā)射電子，經(jīng)過聚光鏡，然后穿透樣品后，有后續(xù)的電磁透鏡繼續(xù)放大電子光束，最后投影在熒光屏幕上；掃描電鏡的樣品在電子束末端，電子源在樣品上方發(fā)射的電子束，經(jīng)過幾級電磁透鏡縮小，到達(dá)樣品。當(dāng)然后續(xù)的信號探測處理系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)也會不同，但從基本物理原理上講沒什么實質(zhì)性差別。

相同之處：都是電真空設(shè)備，使用絕大部分部件原理相同，例如電子槍，磁透鏡，各種控制原理，消象散，合軸等等。

透射電鏡：電子束在穿過樣品時，會和樣品中的原子發(fā)生散射，樣品上某一點同時穿過的電子方向是不同，這樣品上的這一點在物鏡1-2倍焦距之間，這些電子通過過物鏡放大后重新匯聚，形成該點一個放大的實像，這個和凸透鏡成像原理相同。這里邊有個反差形成機(jī)制理論比較深就不講，但可以這么想象，如果樣品內(nèi)部是絕對均勻的物質(zhì)，沒有晶界，沒有原子晶格結(jié)構(gòu)，那么放大的圖像也不會有任何反差，事實上這種物質(zhì)不存在，所以才會有這種牛逼儀器存在的理由。經(jīng)過物鏡放大的像進(jìn)一步經(jīng)過幾級中間磁透鏡的放大（具體需要幾級基本上是由電子束亮度決定的,如果亮度無限大，最終由阿貝瑞利的光學(xué)儀器分辨率公式?jīng)Q定），最后投影在熒光屏上成像。由于透射電鏡物鏡焦距很短，也因此具有很小的像差系數(shù)，所以透射電鏡具有非常高的空間分辨率，0.1-0.2nm，但景深比較小，對樣品表面形貌不敏感，主要觀察樣品內(nèi)部結(jié)構(gòu)。

掃描電鏡：電子束到達(dá)樣品，激發(fā)樣品中的二次電子，二次電子被探測器接收，通過信號處理并調(diào)制顯示器上一個像素發(fā)光，由于電子束斑直徑是納米級別，而顯示器的像素是100微米以上，這個100微米以上像素所發(fā)出的光，就代表樣品上被電子束激發(fā)的區(qū)域所發(fā)出的光。實現(xiàn)樣品上這個物點的放大。如果讓電子束在樣品的一定區(qū)域做光柵掃描，并且從幾何排列上一一對應(yīng)調(diào)制顯示器的像素的亮度，便實現(xiàn)這個樣品區(qū)域的放大成像。具體圖像反差形成機(jī)制不講。由于掃描電鏡所觀察的樣品表面很粗糙，一般要求較大工作距離，這就要求掃描電鏡物鏡的焦距比較長，相應(yīng)的相差系數(shù)較大，造成最小束斑尺寸下的亮度限制，系統(tǒng)的空間分辨率一般比透射電鏡低得多1-3納米。但因為物鏡焦距較長，圖像景深比透射電鏡高的多，主要用于樣品表面形貌的觀察，無法從表面揭示內(nèi)部結(jié)構(gòu)，除非破壞樣品，例如聚焦離子束電子束掃描電鏡FIB-SEM,可以層層觀察內(nèi)部結(jié)構(gòu)。

透射電鏡和掃描電鏡二者成像原理上根本不同。透射電鏡成像轟擊在熒光屏上的電子是那些穿過樣品的電子束中的電子，而掃描電鏡成像的二次電子信號脈沖只作為傳統(tǒng)CTR顯示器上調(diào)制CRT三極電子槍柵極的信號而已。透射電鏡我們可以說是看到了電子光成像，而掃描電鏡根本無法用電子光路成像來想象。

TEM:電子的穿透能力很弱，透射電鏡往往使用幾百千伏的高能量電子束，但依然需要把樣品磨制或者離子減薄或者超薄切片到微納米量級厚度，這是最基本要求。透射制樣是學(xué)問，制樣好壞很多情況要靠運氣，北京大學(xué)物理學(xué)院電子顯微鏡實驗室，制樣室都貼著制樣過程規(guī)范，結(jié)語是祝你好運！

SEM: 幾乎不用制樣，直接觀察。大多數(shù)非導(dǎo)體需要制作導(dǎo)電膜，絕大多數(shù)幾分鐘的搞定， 含水的生物樣品需要固定脫水干燥，又要求不變形，比較麻煩，自然干燥還要曬幾天吧。

二者對樣品共同要求：固體，盡量干燥，盡量沒有油污染，外形尺寸符合樣品室大小要求。

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