扫描电镜和透射电镜的区别

电子显微镜已经成为表征种种质料的有力东西。 它的多功效性和极高的空间辨别率使其成为很多应用中非常有代价的东西。 此中，两种重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）。 在这篇文章中，将扼要形貌他们的相似点和差别点。

扫描电镜和透射电镜的事情道理

从相似点开始, 这两种设置装备摆设都利用电子来猎取样品的图像。他们的重要构成部门是雷同的;

· 电子源;

· 电磁和静电透镜操纵电子束的形状和轨迹;

· 光阑。

全部这些组件都存在于高真空中。

如今转向这两种设置装备摆设的差别性。 扫描电镜（SEM）利用一组特定的线圈以光栅样式扫描样品并网络散射的电子（ 细致相识SEM中检测到的差别范例的电子 ）。

而透射电镜（TEM）是利用透射电子，网络透过样品的电子。 是以，透射电镜（TEM）提供了样品的内部布局，如晶体布局，形态和应力状态信息，而扫描电镜（SEM）则提供了样品外貌及其构成的信息。

并且，这两种设置装备摆设zui显着的差异之一是它们可以到达的zui佳空间辨别率; 扫描电镜（SEM）的辨别率被限定在〜0.5nm，而随着zui近在球差校正透射电镜（TEM）中的进展，已经报道了其空间辨别率乃至小于50pm。

哪种电子显微镜技能更得当操纵员举行阐发？

这完全取决于操纵员想要实行的阐发范例。 比方，假如操纵员想猎取样品的外貌信息，如粗糙度或污染物检测，则应选择扫描电镜（SEM）。 另一方面，假如操纵员想知道样品的晶体布局是什么，大概想查找大概存在的布局缺陷或杂质，那么利用透射电镜（TEM）是比力好的要领。

扫描电镜（SEM）提供样品外貌的3D图像，而透射电镜（TEM）图像是样品的2D投影，这在某些情形下使操纵员对效果的解说越发困难。

因为透射电子的要求，透射电镜（TEM）的样品一定非常薄，通常低于150nm，而且在必要高辨别率成像的情形下，乃至必要低于30nm，而对付扫描电镜（SEM）成像，没有如许的特定要求。

这展现了这两种设置装备摆设之间的另一个重要差异：样品制备。扫描电镜（ SEM）的样品很少必要或不必要举行样品制备，而且可以通过将它们安置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称庞大和繁琐的历程，只有颠末培训和有履历的用户才气乐成完成。 样品必要非常薄，尽大概平展，而且制备技能不该对样品孕育发生任何伪像（比方沉淀或非晶化 ）。 现在已经开辟了很多要领，包罗电抛光，机器抛光和聚焦离子束刻蚀。 专用格栅和支架用于安置透射电镜（TEM）样品。

SEM vs TEM：操纵上的差别

这两种电子显微镜体系在操纵方法上也有所差别。 扫描电镜（SEM）通常利用15kV以上的加快电压，而透射电镜（TEM）可以将其设置在60-300kV的范畴内。

与扫描电镜（SEM）相比，透射电镜（TEM）提供的放大倍数也相称高：透射电镜（TEM）可以将样品放大5000万倍以上，而对付扫描电镜（SEM）来说，限定在1-2百万倍之间。

然而，扫描电镜（SEM）可以实现的zui大视场（FOV）弘远于透射电镜（TEM），用户可以只对样品的一小部门举行成像。 同样，扫描电镜（SEM）体系的景深也远高于透射电镜（TEM）体系。

图1：硅的电子显微镜图像。 a）利用扫描电镜SEM成像的二次电子图像，提供关于外貌形态的信息，而b）透射电镜（TEM）图像表现关于样品内部的布局信息。

别的，在两个体系中创建图像的方法也是差别的。 在扫描电镜中，样品位于电子光学体系的底部，散射电子（背散射或二次）被电子探测器捕捉， 然后利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孕育发生图像。

在透射电镜（TEM）中，样品位于电子光学体系的中部。 入射电子穿过它，并通过样品下方的透镜（中心透镜和投影透镜），图像直接表现在荧光屏上或通过电荷耦合器件（CCD）相机表现在PC屏幕上。

表I：扫描电镜（SEM）和透射电镜（TEM）之间重要差别的总结

普通来说，透射电镜（TEM）的操纵更为庞大。 透射电镜（TEM）的用户必要颠末强化培训才气操纵设置装备摆设。 在每次利用之前必要实行特别步伐，包罗几个步调以确保电子束对中。 在表I中，您可以看到扫描电镜（SEM）和透射电镜（TEM）之间重要区另外总结。

联合SEM和TEM技能

另有一种电子显微镜技能被提及，它是透射电镜（TEM）和扫描电镜（SEM）的联合，即扫描透射电镜（STEM）。 现在，大多数透射电镜（TEM）可以切换到“STEM模式”，用户只必要转变其瞄准步伐。 在扫描透射电镜（STEM）模式下，光束被聚焦并扫描样品地区（如SEM），而图像由透射电子孕育发生（如TEM）。

在扫描透射电镜（STEM）模式下事情时，用户可以使用这两种技能的功效; 他们可以在高辨别看到样品的内部布局（乃至高于透射电镜TEM辨别率），但也可以利用其他信号，如X射线和电子能量丧失谱。 这些信号可用于能量色散X射线光谱（EDX）和电子能量丧失光谱（EELS）。

固然，EDX能谱阐发在扫描电镜（SEM）体系中也是常见阐发要领，并用于通过检测样品被电子撞击时放射的X射线来辨认样品的身分。

电子能量丧失光谱（EELS）只能在以扫描透射电镜（STEM）模式事情的透射电镜（TEM）体系中实现，并可以或许反响质料的原子和化学身分，电子性子以及局部厚度丈量。

在SEM和TEM之间做出选择

从所提到的统统来看，明显没有“更好”的技能; 这完全取决于必要的阐发范例。 当用户想要从样品内部布局得到信息时，透射电镜（TEM）是zui佳的选择，而当必要样品外貌信息时，扫描电镜（SEM）是。 固然，重要决定身分是两个体系之间的庞大代价差别，以及易用性。 透射电镜（TEM）可认为用户提供更多的辨别本领和多功效性，但是它们比扫描电镜（SEM）更昂贵且体型较大，必要更多操纵本领和庞大的前期制样预备才气得到中意的效果。