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扫描电子显微镜(Scanning Electronic Microscopy, SEM)是介于透射电镜和光学显微镜之间的一种微观性貌观察手段,可直接利用样品表面材料的物质性能进行微观成像。当一束高能的入射电子轰击物质表面时,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,SEM主要使用二次电子(形貌衬度)观察形貌,使用背散射电子(成分衬度)来区分不用元素,也可成像,原子序数越大,背散射电子越多,在SEM图像中就会越亮。


透射电子显微镜(Transmission Electron MicroscopeTEM)是利用高能电子束充当照明光源而进行放大成像的大型显微分析设备。透射电镜和光学显微镜的各透镜位置及光路图基本一致,都是光源经过聚光镜会聚之后照到样品,光束透过样品后进入物镜,由物镜会聚成像,之后物镜所成的一次放大象在光镜中再由物镜二次放大后进入观察者的眼睛,而在电镜中则是由中间镜和投影镜再进行两次接力放大后最终在荧光屏上形成投影供观察者观察。电镜物镜成像光路图也和光学凸透镜放大光路图一致。入射电子束照射并透过样品后,样品上的每一个点由于对电子的散射变成一个个新的点光源,并向不同方向散射电子。透过样品的电子束由物镜会聚,方向相同的光束在物镜后焦平面上会聚与一点,这些点就是电子衍射花样,而在物镜像平面上样品中同一物点发出的光被重新汇聚到一起,呈一次放大相。



扫描隧道电子显微镜(scanning tunneling microscopeSTM)是一种利用量子理论中的隧道效应探测物质表面结构的仪器,利用电子在原子间的量子隧穿效应,将物质表面原子的排列状态转换为图像信息的。在量子隧穿效应中,原子间距离与隧穿电流关系相应。通过移动着的探针与物质表面的相互作用,表面与针尖间的隧穿电流反馈出表面某个原子间电子的跃迁,由此可以确定出物质表面的单一原子及它们的排列状态。隧道电流强度对针尖和样品之间的距离有着指数依赖关系,当距离减小0.1nm,隧道电流即增加约一个数量级。因此,根据隧道电流的变化,可得到样品表面微小的高低起伏变化的信息,如果同时对x-y方向进行扫描,就可以直接得到三维的样品表面形貌图