扫描电子显微镜文献综述
扫描探针电子显微镜综述
扫描探针电子显微镜综述[摘要] 新的设计思想带来新的技术革命, S TM 巧妙地利用探针近场(近距离) 探测方法、隧道电流理论、压电陶瓷扫描方法等现代科学技术,大大扩展了显微技术的深度。
借鉴S TM 的方法,许多新型的显微仪器和探测方法相继诞生。
这些显微仪器适用于不同的领域,具有不同的功能。
虽然它们功能各异,但都有一个共同的特点:使用探针在样品表面进行扫描。
科学界把这类显微仪器归纳到一起,统称为扫描探针显微镜。
本文分别对扫描探针显微镜家族中的原子力显微镜,近场光学显微镜和弹道电子发射显微镜的性能和特点进行综述。
[关键词]扫描探针显微镜;原子力显微镜;近场光学显微镜;弹道电子发射显微镜[中图分类号] TN16 [文献标识码]A [文章编号]1007 - 7510(2005) 11 - 0033 - 02An overview of scanning probe microscopeZHU Yi 1 ,RUAN Xing - yun1 ,XU Zhi-rong1 , YAN G De - qing2(1. Kunming General Ho spit al of Chengdu Military Region , Kunming Yunnan 650032 , China ;2. Physics Department ofYunnan University , Kunming Yunnan 650032 ,China)Abstract : New de sign idea brings new technology revolution. Scanning Pro be Micro scope (STM ) use s t he methods ofclose probe detection , t he theory of tunnel current and the technology of piezoelectricity chinaware to improve the pro2fundity of electro - micro scope . By using t he met ho d of S TM , many new microscopy instruments and detection methods have been developed. These instruments are used in various regions and have different functions. Alt ho ugh t hey have different functions but t hey have t he same peculiarity of using t he probe to scan the surface of sample . Scientist s induce all t he se instruments together and call them Scanning Probe Micro scope . This paper discusses the features and cha rac2teristicsof the family members of SPM such as atomic force micro scope , close field optic micro scope and trajectory electron emission microscope .Key words : scanning probe micro scope (S TM ) ; atomic force micro scope ; Scanning mea r - field optical micro scope ; bal2Listic electron emission micro scope1 原子力显微镜(Atomic Force Micro scope ,A FM)我们曾指出S TM 只能得到导体和半导体的图像, 而对绝缘体则力不从心了。
文献综述：电化学扫描隧道显微镜在表面科学中的应用
文献综述：电化学扫描隧道显微镜在表面科学中的应用电化学扫描隧道显微镜（ECSTM）在表面科学中的应用电化学扫描隧道显微镜（ECSTM）是一种在表面科学领域中广泛应用的先进技术。
它利用扫描隧道显微镜（STM）的基本原理，结合电化学技术，实现了对表面形貌和电子态的高分辨率成像。
ECSTM的工作原理主要基于隧穿效应。
当一个极细的尖针接近样品表面，当针尖和样品表面靠得很近，即小于1纳米时，针尖头部的原子和样品表面原子的电子云发生重叠。
此时若在针尖和样品之间加上一个偏压，电子便会穿过针尖和样品之间的势垒而形成纳安级10A的隧道电流。
通过控制针尖与样品表面间距的恒定，并使针尖沿表面进行精确的三维移动，就可将表面形貌和表面电子态等有关表面信息记录下来。
ECSTM的主要功能和用途包括：1. 描绘表面三维的原子结构图：ECSTM能够以高分辨率成像表面的形貌和电子态，从而揭示表面的原子结构和排列。
这对于研究表面的物理化学性质、催化反应机制以及表面工程等领域具有重要意义。
2. 在纳米尺度上研究物质的特性：ECSTM可以用于研究纳米尺度的物质特性，如纳米颗粒的形貌、尺寸分布以及表面修饰等。
这对于理解纳米材料的性质和应用潜力具有重要意义。
3. 实现对表面的纳米加工：利用ECSTM，可以对表面进行纳米尺度的加工，如直接操纵原子或分子，完成对表面的刻蚀、修饰以及直接书写等。
这对于纳米制造、纳米电子学等领域具有重要意义。
在具体应用方面，ECSTM已经被广泛应用于各种表面科学领域的研究。
例如，在催化剂研究领域，ECSTM被用于研究催化剂表面的形貌和电子态，揭示催化反应的机制和活性位点的分布。
在材料科学领域，ECSTM被用于研究材料的表面结构和性质，探索材料的合成、加工和性能之间的关系。
总的来说，电化学扫描隧道显微镜（ECSTM）作为一种先进的表面科学成像技术，在揭示表面形貌、电子态以及实现表面纳米加工等方面具有广泛的应用前景。
随着技术的不断发展和完善，ECSTM将在未来为表面科学领域的研究和应用提供更多的可能性。
扫描电子显微镜样品制备技术综述
扫描电子显微镜样品制备技术韩玉泽扫描电子显微镜样品制备技术扫描电镜所收集的主要是电子束照射在样品上所产生的二次电子,一般扫描电镜图象均为二次电子图象.由于扫描电镜具有高分辨率,景深长等特点,故其图象层次丰富,立体感强,可显示细胞和组织的三维结构形貌,故广泛应用于生物样品表面及其断面的微细结构观察.近年来,扫描电镜所取得的迅速发展表明,仪器本身性能如分辨力和多功能等的不断提高固然重要,但样品制备技术的改良和日趋完善,对扫描电镜的应用与发展确实起到了积极促进作用,因此样品制备的质量,是直接决定扫描电镜能否发挥最佳性能并排除理想图片的关键所在.所以,自1966 年第一台商品扫描电镜诞生以来,扫描电镜样品制备技术问题,一直是电镜工作者们苦心钻研,不断创新的一个重要领域扫描电镜生物样品制备的基本要求生物样品与金属﹑矿物材料不同,它具有质地柔软,容易变形﹑导电性能差﹑二次电子发射率底以及含水量多(有的含水可达80％以上)等特点.因此,在对于高真空状态下的生物针对生物样品的特殊性,在进行扫描电镜样品制备时,一般要掌握以下原则:(一)每一操作过程,都应注意防止对样品的污染和损伤,使被观察的样品尽可能地保持原有的外貌及微细结构.(二)去除样品内水份,以利于维持扫描电镜的真空度和防止对镜(三)降低样品表面的电阻率,增加样品的导电性能,以提高二次电子发射率,建立适当的反差和减少样品的充放电效应.(四)无论观察组织细胞的表面或内部微细构造,都应注意确认和保护样品的观察面.二、SEM生物样品制备的基本操作程序在SEM生物样品制备过程中，除比较坚硬的组织（如骨骼、牙齿、指甲、毛发，贝壳、昆虫及某些植物样品）需要采用某些特殊制备技术者（如管道铸型扫描、低电压观察法等）以外，一般生物组织均需要经过取材、清洗、固定、脱水、干燥及金属镀膜等基本程序处理以后，才能进行SEM观察。
SEM生物样品制备的基本程序（一）取材SEM样品的取材，与透射电镜的超薄切片法一样，是整个样品制备过程中的关键步骤之一。
扫描电子显微镜在纳米材料研究中的应用
扫描电子显微镜在纳米材料研究中的应用摘要：笔者简要介绍了扫描电子显微镜(SEM)的工作原理及其特点，详细阐述了荷电效应、像散对纳米材料成像的影响及解决方法，讨论了加速电压、物镜光栅、工作距离等SEM测试条件之间的相互作用关系及对纳米材料表面形态图像清晰度的影响。
关键词：扫描电子显微镜荷电效应像散加速电压1.引言自20世纪80年代人们开始研究纳米材料以来，由于其颗粒尺寸的细微（10～100nm），使其具有许多其它材料所不具备的优异性能，如特有的表面效应、体积效应、量子尺寸效应和宏观量子隧道效应等，现已成为材料学研究中的热点。
纳米材料独特的物理化学性质主要源于它的超微尺寸及超微结构。
因此对纳米材料表面形态的观察成为对其研究和应用的基础，目前该领域的检测手段和表征方法可以使用扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜（TEM）、扫描隧道显微镜(STM)、原子力显微镜(AFM)等技术。
扫描电子显微镜(SEM)在纳米级别材料的形貌观察和尺寸检测方面依靠其高分辨率，良好的景深简易的操作等优势被大量采用。
SEM是一个复杂的系统，浓缩了电子光学技术、真空技术、精细机械结构以及现代计算机控制技术等，其成像质量的好坏受多种因素的影响，包括样品的前期处理、SEM自身性能的制约等。
本文就如何利用SEM观测高清晰度的纳米薄膜材料进行了详细的阐述，包括对荷电效应、像散对纳米薄膜材料成像的影响和解决方法以及加速电压、物镜光栏、工作距离等SEM测试条件之间的相互作用关系及对纳米薄膜材料表面形态图像清晰度的影响，为提高SEM在纳米材料表面形态的成像质量起到抛砖引玉的作用。
2.SEM的工作原理及特点扫描电子显微镜（ScanningElectronMicroscope），简称SEM，是一种大型的分析仪器，主要功能是对固态物质的形貌显微分析和对常规成分的微区分析，广泛应用于化工、材料、医药、生物、矿产、司法等领域，它是由电子光学系统和显示系统组成。
材料分析中的扫描电子显微镜技术
材料分析中的扫描电子显微镜技术材料科学作为一门重要的研究领域，广泛应用于各个行业。
其基本原理是通过对材料的物理性质和结构进行研究，以提高材料的性能和功能。
在材料分析中，扫描电子显微镜（SEM）技术是一种非常重要的工具，能够提供高分辨率和大深度的观察和分析。
扫描电子显微镜是一种应用电子束技术的显微镜，其工作原理是通过聚焦的电子束扫描待观察的材料表面，然后通过探测器捕捉并记录反射的电子束信号。
与传统光学显微镜相比，SEM具有更高的分辨率和更大的深度。
它可以观察到材料的表面形貌、形状和大小，并提供其它有关材料结构和成分的信息。
SEM技术在材料科学中的应用非常广泛。
首先，它可以用来观察和分析材料的表面形貌和结构。
通过SEM观察材料的表面形貌，我们可以了解材料的纹理、孔隙结构和表面粗糙度等特征。
这对于研究材料的界面性质、材料的耐磨性和材料与环境的相互作用具有重要意义。
此外，SEM还可以提供材料的成分分析。
通过利用扫描电子显微镜上的能谱仪，我们可以获取X射线能谱信息，进而分析材料的元素组成和含量。
这对于材料的合成、纯度和混杂物含量的研究非常重要。
同时，SEM技术还可以通过电子束与材料的相互作用，提供对材料电荷分布、晶体结构和缺陷等性质的观察和分析。
扫描电子显微镜技术的应用不仅局限于材料科学领域。
在生物学、医学和环境科学等其他领域，SEM也发挥着重要作用。
在生物学中，SEM可以用来观察和分析生物细胞、组织和微生物的形态特征。
在医学中，SEM可以用于研究病毒、细菌和肿瘤细胞的形态、结构和成分。
在环境科学中，SEM可以用来观察和分析大气颗粒、水质颗粒和土壤颗粒等微观颗粒的形貌和成分，从而帮助我们研究环境中的污染物和微观生物。
尽管SEM技术在材料科学和其他领域中得到广泛应用，但它并非没有一些限制。
首先，SEM技术对样品的制备要求较高，样品需要进行表面处理和真空吸附，以确保电子束的穿透性和样品的稳定性。
此外，SEM分析所需的仪器和设备也相对昂贵，对于一些小型研究实验室来说可能存在一定的经济压力。
扫描电子显微镜原理及发展综述
扫描电子显微镜原理及发展综述近年来，随着科技的不断进步，扫描电子显微镜（Scanning Electron Microscope，SEM）在材料科学、生物学、医学等领域发挥着越来越重要的作用。
本文将对扫描电子显微镜的原理及其发展进行综述，探讨其在科学研究中的应用前景。
一、扫描电子显微镜的原理扫描电子显微镜是一种利用电子束来观察样品表面形貌和成份的显微镜。
其原理基于电子的波粒二象性，通过加速电子并聚焦形成电子束，然后通过扫描线圈控制电子束在样品表面上的挪移，利用样品表面与电子束之间的相互作用产生的信号来获取样品的形貌和成份信息。
二、扫描电子显微镜的发展历程扫描电子显微镜的发展可以追溯到20世纪50年代。
最早的扫描电子显微镜使用热阴极发射电子，但存在发射不稳定、寿命短等问题。
随着冷阴极发射电子技术的发展，扫描电子显微镜的性能得到了极大的提升。
此外，扫描电子显微镜的分辨率也随着电子光学系统的改进而不断提高，从最初的几十纳米到目前的亚纳米甚至更小。
三、扫描电子显微镜的应用1. 材料科学领域扫描电子显微镜可以对材料的微观结构进行观察和分析，对材料的组织、晶体结构、表面形貌等进行研究。
这对于材料的研发和改进具有重要意义，特别是在纳米材料和薄膜材料研究中更加突出。
2. 生物学领域扫描电子显微镜在生物学领域的应用也非常广泛。
它可以观察细胞、细胞器、细菌等微观生物结构，匡助研究者深入了解生物体的形态和功能。
此外，扫描电子显微镜还可以用于病毒研究、药物纳米载体的观察等领域。
3. 医学领域扫描电子显微镜在医学领域的应用主要集中在病理学和解剖学研究中。
通过对病理标本的观察，可以更加准确地判断病变类型和程度，为临床诊断提供重要依据。
此外，扫描电子显微镜还可以用于人体组织工程和人工器官的研究。
四、扫描电子显微镜的发展趋势随着科技的不断进步，扫描电子显微镜的发展也呈现出一些新的趋势。
首先，分辨率将进一步提高，有望达到亚埃级甚至更小。
论文-电子显微镜技术发展综述
电子显微镜技术发展综述12中医五1班姚子昂20120121043摘要：本文论述了电子显微镜的发展现状及历史，介绍了目前较为先进的数种电子显微镜的结构、原理以及其在生物学领域的应用情况，并对其在组织学研究中的应用进行探讨。
关键词：电子显微镜；组织学研究引言：显微技术是一门对于物质微小区域进行化学成分分析、显微形貌观察、微观结构测定的一门专门的显微分析技术。
20世纪30年代，透射电子显微镜（TEM）的发明标志着电子显微技术的诞生，人们可以进一步地研究物质的超微结构。
电子显微技术在普通光学显微技术基础上进一步拓宽了人们的观测视野，在各个领域发挥了重要的作用，被广泛应用于科学领域。
在生物学研究领域，电子显微技术推进了组织学，细胞生物学，分子生物学等学科的发展，因而具有不可替代的崇高地位。
一、电子显微镜技术1.1电子显微镜的定义与组成电子显微镜，简称电镜，是根据电子光学原理，用电子束和电子透镜代替光束和光学透镜，使物质的细微结构在非常高的放大倍数下成像的仪器[1]电子显微镜由镜筒、真空装置和电源柜三部分组成。
镜筒主要有电子源、电子透镜、样品架、荧光屏和探测器等部件，这些部件通常是自上而下地装配成一个柱体。
①电子透镜：用来聚焦电子，是电子显微镜镜筒中最重要的部件。
一般使用的是磁透镜，有时也有使用静电透镜的。
它用一个对称于镜筒轴线的空间电场或磁场使电子轨迹向轴线弯曲形成聚焦，其作用与光学显微镜中的光学透镜（凸透镜）使光束聚焦的作用是一样的，所以称为电子透镜。
光学透镜的焦点是固定的，而电子透镜的焦点可以被调节，因此电子显微镜不象光学显微镜那样有可以移动的透镜系统。
现代电子显微镜大多采用电磁透镜，由很稳定的直流励磁电流通过带极靴的线圈产生的强磁场使电子聚焦。
②电子源：是一个释放自由电子的阴极，栅极，一个环状加速电子的阳极构成的。
阴极和阳极之间的电压差必须非常高，一般在数千伏到3百万伏之间。
它能发射并形成速度均匀的电子束，所以加速电压的稳定度要求不低于万分之一。
简述扫描电子显微镜(SEM)
简述扫描电子显微镜（SEM）
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，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。
扫描电镜的结构主要包括：
1.真空系统和光源系统；
2.电子光学系统——电子强、电磁透镜、扫描线圈、样品室；
3.信号放大系统。
扫描电镜的优点是：
1.有较高的放大倍数，20-20万倍之间连续可调；
2.有很大的景深，视野大，成像富有立体感，可直接观察各种试样凹凸不平表面的细微结构；
3.试样制备简单。
扫描电镜的应用范围是：
1.生物——种子、花粉、细菌……
2.医学——血球、病毒……
3.动物——大肠、绒毛、细胞、纤维……
4.材料——陶瓷、高分子、粉末、金属、金属夹杂物、环氧树脂……
5.化学、物理、地质、冶金、矿物、污泥（杆菌）、机械、电机及导电性样品，如半导体(IC、线宽量测、断面、结构观察……）电子材料等。
主流厂家：
美国FEI（赛默飞）——Apreo SEM扫描电镜
德国蔡司——EVO MA 25/LS 25
日本日立——TM4000、SU8220，SU8230，SU8240日本电子——JSM-7900F 热场发射扫描电子显微镜捷克TESCAN——S8000系列
韩国COXEN——CX-200系列
中科院KYKY——KYKY-2800系列。
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扫描电子显微镜的应用及其发展1前言扫描电子显微镜SEM(Scanning Electron Microscopy)是应用最为广泛的微观形貌观察工具。
其观察结果真实可靠、变形性小、样品处理时的方便易行。
其发展进步对材料的准确分析有着决定性作用。
配备上X射线能量分辨装置EDS (Energy Dispersive Spectroscopy)后，就能在观察微观形貌的同时检测不同形貌特征处的元素成分差异,而背散射扫描电镜EBSD（Electron Backscattered Diffraction）也被广泛应用于物相鉴定等。
2扫描电镜的特点形貌分析的各种技术中，扫描电镜的主要优势在于高的分辨率。
现代先进的扫描电镜的分辨率已经达到1纳米左右；有较高的放大倍数，20-20万倍之间连续可调；有很大的景深，视野大，成像富有立体感，可直接观察各种试样凹凸不平表面的细微结构试样制备简单；配有X射线能谱仪装置，这样可以同时进行显微组织性貌的观察和微区成分分析[1]。
低加速电压、低真空、环境扫描电镜和电子背散射花样分析仪的使用，大大提高了扫描电子显微镜的综合、在线分析能力；试样制备简单。
直接粘附在铜座上即可，必要时需蒸Au或是C。
扫描电镜也有其局限性,首先就是它的分辨率还不够高，也不能观察发光或高温样品。
样品必须干净、干燥，有导电性。
也不能用来显示样品的内部细节，最后它不能显示样品的颜色。
需要对扫描电镜进行技术改进，在提高分辨率方面主要采取降低透镜球像差系数, 以获得小束斑；增强照明源即提高电子枪亮度( 如采用LaB6 或场发射电子枪) ；提高真空度和检测系统的接收效率；尽可能减小外界振动干扰。
在扫描电镜成像过程中，影响图像质量的因素比较多，故需选择最佳条件。
例如样品室内气氛控制、图像参数的选择、检测器的选择以及控制温度的选择，尽可能将样品原来的面貌保存下来得到高质量电镜照片[2]。
3 扫描电镜的进展低压扫描电镜（LVSEM）是扫描电镜发展的新的方向，它可以直接观察绝缘样品而不会产生充电现象，而且电子能量小，穿透力弱，对样品的辐射损失小。
它可以提高SEM分辨率问题，可以通过改善物镜设计，另一方面就是低压扫描电镜，将电子能量段划分，决定LVSEM的工作范围。
采用双光阑组成的浸没透镜中的静电场作为阻滞场，可以解决LVSEM的工作环境[3]。
场发射扫描电子显微镜( FESEM) 是现代显微分析的主要手段。
有良好的发射电流稳定度和优异的低压图像质量。
应用FESEM 的高分辨率和大景深，可以清楚地显示材料的表面和断面信息、分析材料的失效原因。
FESEM 有上下两个二次电子探测器，二次电子上探测器的分辨率较高、信噪比好; 二次电子下探测器采集角度小，图像立体感较强，且可以减少荷电现象。
此外，较二次电子下探测器而言，二次电子上探测器可以接受更多背散射信号，因此，上探测器采集的图像中成分信息量更大。
由于上下两个二次电子探测器的性能有所差异，在实际工作中需要根据不同的测试要求，灵活地选择二次电子探测器，以获得较好的扫描电镜图像［4］［5］［6］。
扫描电镜的发展还在于在其基础上发展的多种新型电子显微镜：如扫描透射电镜（STEM），分析电镜，扫描隧道显微镜（STM），扫描力显微镜（SFM）、弹道电子发射显微镜（BEEM）、扫描近场光学显微境（SNOM）。
4 扫描电镜的应用扫描电镜应用范围很广，包括断裂失效分析、产品缺陷原因分析、镀层结构和厚度分析、涂料层次与厚度分析、材料表面磨损和腐蚀分析、耐火材料的结构与蚀损分析等等，现代透射电镜能在原子和分子尺度直接观察材料的内部结构（高分辨像）；在对复杂成分材料开展形貌观察的同时，进行原位化学成分及相结构的测定与分析；也可以对结构复杂的金属等传统材料进行形貌观察、测定成分（定性定量分析）、微相表征、结构鉴定等多功能对照分析；还可以将图像观察、高分辨研究，EDS微区成分分析、会聚束衍射、选区电子衍射，衍衬分析等[7].扫描电镜运用于失效分析断裂失效为机械零件因断裂而产生的失效，其分类有塑性断裂、脆性断裂、疲劳断裂、蠕变断裂失效，通过断口的形貌观察与分析，可以研究材料的断裂方式（穿晶、沿晶、解理、疲劳断裂等）与断裂机理，这是判断材料断裂性质和断裂原因的重要依据，特别是材料的失效分析中，断口分析是最基本的手段。
通过断口的形貌观察，还可以直接观察到材料的断裂源、各种缺陷、晶粒尺寸、气孔特征及分布、微裂纹的形态及境界特征等[8]。
采用扫描电子显微镜对收集在微孔滤膜上的颗粒进行分析，不仅可以观察微小颗粒的表面形貌，还可以与能谱仪配合进行颗粒粒径及数量的测量与统计，测试准确度高，因而在粒度分析领域具有不可替代的作用[9]。
5 扫描电镜（SEM）配合能谱仪（EDS）能谱仪(即X 射线能量色散谱仪)利用多道脉冲高度分析器把试样所产生的X射线谱按能量的大小顺序排列成特征峰谱，根据每一种特峰（特征峰谱的简称）所对应的能量来鉴定化学元素以及根据特峰的面积来进行元素含量的分析[10] [11]。
背散射扫描电镜（EBSD）背散射扫描电镜可广泛用于晶粒取向、微区织构、取向关系、惯习面测定及物相鉴定、应变分布测定、晶界性质研究和晶格常数等测定。
具有以下性能优势，首先是空间分辨率高，其次可以作块状样品的表面测定，最后EBSD方法所具有的高速(每秒钟可测定100个点)分析的特点及在样品上自动线、面分布采集数据点的特点已使该技术在晶体结构及取向分析上既具有透射电镜方法的微区分析的特点又具有X 光衍射(或中子衍射)对大面积样品区域进行统计分析的特点，且分析时间短，样品制备简单。
由于以上几方面的特点, EBSD 技术已在材料科学研究中得到广泛的应用[12] [13]。
6总结SEM作为常用的进行样品形貌分析的表征方法，被广泛应用于各个不同领域，包括无机非金属材料。
新烧制的陶瓷样品，在测得性能后，都想到要去观测其表面形貌，晶粒的构造，确定元素的分布与含量，而得到有用的结果，并对下一步的研究起指导性作用。
在其基础上发展的一些电镜，不仅可以改善图像结果，还附带其他测试作用。
相信随着科学的不断进步，可以有更精准，更清晰，更快速，更便宜方便的表征测试方法，在材料的测定中发挥更大的作用。
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