扫描电子显微镜的早期历史和发展趋势
中国扫描电子显微镜(SEM)行业发展历程、企业竞争力及市场需求分析
中国扫描电子显微镜（SEM）行业发展历程、企业竞争力及市场需求分析扫描电子显微镜（SEM）简称为扫描电镜，是用细聚焦的电子束轰击样品表面，通过电子与样品相互作用产生的二次电子、背散射电子等对样品表面或断口形貌进行观察和分析。
现在扫描式电子显微镜都与能谱（EDS）组合，可以进行成分分析。
所以，扫描式电子显微镜也是显微结构分析的主要仪器，已广泛用于材料、冶金、矿物、生物学等领域。
1、扫描式电子显微镜行业产业链扫描式电子显微镜行业上游主要包括电子元器件、光学仪器产品及其他配件。
扫描式电子显微镜主要应用于主要用于纺织、化工、印染、仪器仪表、材料分析、教学科研等许多领域。
2、扫描电子显微镜（SEM）行业发展历程根据我国SEM的研制过程，可将其SEM发展历程大致分为以下4个阶段。
20世纪80年代中期到90年代末，是中国自主研发SEM的集中期，如中科科仪研发的LaB6阴极电子枪、中科院上海冶金研究所研制的新型背散射电子探测器——鲁滨逊探测器，都是自主研发的典型例子。
21世纪，国外企业大举进入中国市场，而我国SEM的研发投人严重不足，中国自主研发SEM的步伐明显减缓，与国外的差距越来越大。
我国的SEM无论在数量还是技术水平方面都无法与国外的SEM 产品相竞争。
3、扫描电子显微镜（SEM）国内外企业竞争力对比尽管扫描电镜在实验研究中必不可少，但从全球市场格局来看，美国、日本、德国三足鼎立。
其中以日本日立、日本电子公司、美国FEI以及德国蔡司公司表现最为突出。
而我国科研领域对电镜的巨大需求只能严重依赖进口。
随着国家加大对基础科研和教育领域的投资力度，许多科研院校迫切需要也有能力更新或新添加大型实验设备。
但是我国电镜工业还没有形成完整的产业链，缺少上游零部件制造厂家，所以，很多配件不得不从头研制。
由于近些年来我国SEM 制造不景气，有经验的SEM制造专家大量流失。
由于国外扫描电镜品牌强劲的实力，国产扫描电镜产业化的过程非常缓慢，电镜样机到市场化产品仍有距离。
扫描电子显微镜的早期历史和发展趋势
扫描电子显微镜的早期历史和发展趋势扫描电子显微镜（SEM）的基本原理在20世纪30年代到40年代初由Knoll, 德国的von Ardenne和美国的Zworykin，Hillier等人确立。
扫描电镜的研究在英国剑桥大学电机工程学系Charles Oatley博士学位的一系列项目中复苏。
在剑桥大学的McMullan和Smith的早期研究之后，SEM的第一次产业应用在加拿大纸浆和造纸研究所实现。
不久之后，在美国的Westinghouse，SEM被应用于集成电路，并在英国和日本实现了扫描电镜的商业化。
截至目前，SEM及其他显微和微分析技术在世界范围内发展，并被应用于越来越多的领域。
关键词：扫描电子显微镜（SEM），成像技术，表面形貌，成分衬度，电子通道花样（ECP），电子背散射花样（EBSP）。
Oatley描述了SEM早期历史和直至其第一次商业化的发展状况。
第一台商业SEM在英国和日本制造。
SEM的历史也被许多作者描述过。
商用SEM性能的提高和操作的简便已经很出色并有望继续进步。
Knoll用仪器得到了四个非常重要的实验结果：(i)他从固态多晶样品中得到了样品的吸收电流像.(ii) 这张照片显示的晶粒间取向依赖衬度是由电子穿隧效应的对比差异引起的。
（iii）他测量了不同材料的二次电子（SE）加背散射电子(BSE)系数是入射电子能量E0的函数，并且证明当SE+BSE系数为1时，有第二个交叉点，此时E0约为。
样品的充电最小化并且保持稳定。
(iv)根据一个早期关于定量电压衬度的译文，测量了束电子对非导电颗粒充电后颗粒的电势。
Figure 3 是由von Ardenne提出的产生二次电子的电子散射模型，模型表明初始束展宽；大角度散射；扩散；BSE逃逸以及每个阶段的二次电子激发。
他提出了两种高分辨率SE图像。
第一种（现在称为SE-I图像的详细讨论见Peters）E0等于数十电子伏，此时电子的穿透深度（几个微米）比二次电子的逃逸深度大很多倍（几个纳米）。
电子显微镜技术发展及其应用前景
电子显微镜技术发展及其应用前景电子显微镜是通过电子束与样品相互作用，利用电磁透镜聚焦产生图像的一种高分辨率图像分析技术。
电子显微镜一般分为两种类型：透射电子显微镜(TEM)和扫描电子显微镜(SEM)。
随着电子显微镜技术的不断发展，其应用也越来越广泛，包括材料科学、生物学、纳米技术、化学等领域。
本文将从以下几个方面介绍电子显微镜技术的发展及其应用前景。
一、电子显微镜技术的发展1.早期电子显微镜技术早期的电子显微镜由于仪器质量和电子束强度限制等方面的原因，分辨率很低，所能观察的样品也很有限。
1950年代末期至1960年代初期，科学家们发明了透射电子显微镜和扫描电子显微镜。
TEM可以通过薄片样品获取高分辨率的图像，对微观结构、晶体结构、原子排列等信息进行研究。
但是，其样品制备难度较高，测量过程也比较复杂。
SEM则能够观察到外表面形貌和微结构等信息，而不需要对样品进行切片，具有显微操作简单、成图容易、分辨率适中等优点。
因此，SEM得到广泛的应用。
2.电子光学理论的发展通过电磁透镜使电子聚焦的原理是电子光学理论。
随着电子光学理论的发展，透镜数目增多、透镜质量提高、降低了畸变和散光的程度等新技术的出现，电子显微镜的分辨率得到了不断提高。
近年来，随着高分辨率成像技术的发展，电子显微镜的分辨率已达到亚埃级，可以实现原子级分辨。
而且，高通量电子显微镜的发明使得图像采集速度大大提高，开启了电子显微镜的新篇章。
二、电子显微镜的应用前景1.材料科学电子显微镜在材料科学中具有极其重要的作用。
通过TEM和SEM等技术，可以对材料结构和性质进行观察和分析。
例如，在材料摄影领域，低倍SEM可以对材料表面形貌和结构进行观察，高倍SEM可以对材料纹理和结构进行深入研究。
而TEM可以研究材料的微观结构和晶体结构，探究材料性质的基础。
EDS系统可以对样品的化学组成进行分析，较常见的流行的应用领域有微解剖学、材料科学和地质学等方面。
2.生命科学当然，电子显微镜在生物医学领域的应用也很广泛。
中国扫描电子显微镜的发展历史
中国扫描电子显微镜的发展历史1、1965年，中国科学院科学仪器厂设计研制我国第一台DX-2型透射式电子显微镜。
2、1975年，中国科学院科学仪器厂自行研制成功电子显微镜DX-3型，主要指标达当时国际先进水平。
1978年获全国科学大会一等奖。
3、1977年7月，上海新跃仪表厂完成SMDX-1P型微区分析扫描电镜。
4、1977年，中国科学院科学仪器厂研制成功X-3F双道X射线光谱仪。
与DX-3扫描电镜匹配，发展为DX-3A分析扫描电镜。
获1978～1979年中国科学院重大科技成果一等奖。
5、1978年，上海新跃仪表厂鉴定台式TSM-1型扫描电镜（30nm，17kV），获上海市重大科技成果奖及1983年国家经济委员会颁发的优秀新产品证书。
6、1979年，云南大学物理系自行设计研制的YWD-1A型扫描电镜。
7、1979年，江南光学仪器厂于完成DXS-1小型扫描电镜。
8、1980年，中国科学院科学仪器厂研制成功DX-5型扫描电镜，获中国科学院1986年科技进步奖。
9、1982年，上海第三分析仪器厂生产400型台式扫描电镜。
10、1983年，江南光学仪器厂完成DXS-X2 普及型分析扫描电镜。
获南京市科技进步二等奖。
11、1983年，中国科学院科学仪器厂从美国Amray公司引进微机控制、分辨本领6nm，功能齐全的Amray-1000B扫描电镜生产技术。
12、1985年，中国科学院科学仪器厂生产了KYKY-1000B 扫描电镜，共生产100台。
获1988年国家科技进步奖二等奖，并列为我国1979～1988年重大科技成果。
13、1985年，上海新跃厂完成DXS-10普及型扫描电镜，获1985年上海市优秀新产品奖二等奖。
14、1987年，中国科学院科学仪器厂实现了Amray-1000B扫描电镜国产化。
制成了大试样室，及背反射电子探测器，可获得元素成分分布图像。
配备了低温试样台（-170℃～＋18℃连续可调，冷刀可断裂试样，适于观察生物及含水试样）和试样拉伸台。
电子显微镜技术发展现状与趋势
电子显微镜技术发展现状与趋势电子显微镜（EM）是一种极为重要的物理学和生物学工具，它通过对样本进行高分辨率扫描，能够获得有关材料性质和结构的详细信息。
由于其卓越的分辨率和探测能力，EM在材料科学、纳米科技、生物医学、地球科学及其他科学领域的研究中发挥着至关重要的作用。
随着技术的不断更新，EM正在进入一个新的发展阶段，新兴技术将使得我们更加深入地了解微观世界。
1、传统电子显微镜技术传统的透射电子显微镜是最早出现的EM类型，它在20世纪50年代开始应用于材料科学领域。
该技术使用电子束将样品透过一个薄层（通常是超薄金属层）进行成像。
透射电子显微镜分辨率在不断提高，从1970年代的0.5nm提高到了现在的0.05nm左右。
透射电子显微镜技术的最大缺点是需要研究的样品必须足够薄，这一点使得样品制备成了透射电子显微镜中最大的困难。
另一种常见的传统电子显微镜是扫描电子显微镜（SEM），它可以在样品表面扫描电子束，然后利用信号处理和计算机技术获得我们感兴趣的像。
SEM 最大的优势是它可以成像时间稍长一点。
2、近年来的新兴电子显微镜技术(a) 3D - EM3D-EM是一种非常新的EM技术，它能够将细胞结构的三维模型可视化。
通过对厚样品进行扫描电子显微镜成像，3D-EM能够捕获样品的三维图像，同时保持高分辨率。
近年来，包括斯坦福大学和麻省理工学院在内的许多机构都已经开始使用3D-EM技术研究神经元、脑组织和其他细胞结构。
(b) 低温电子显微镜低温电子显微镜使用冷冻技术将样品冻结之后进行成像，这种技术的主要优势是，它能够保持活体样品的形状和状态。
该技术已经被广泛应用于生物医学领域中，特别是用于研究生物大分子的结构和功能。
(c) 时间分辨电子显微镜时间分辨电子显微镜是一种可以拍摄静止和运动物体的EM技术。
通过快速扩散、捕捉和显影电子束，时间分辨电子显微镜能够非常精确地捕捉材料中的化学反应以及微观颗粒的动态变化。
这种技术在研究动态变化类研究中很有用。
扫描中国电子显微镜行业发展现状及趋势分析
扫描中国电子显微镜行业发展现状及趋势分析一、行业综述1、定义扫描电子显微镜（SEM）简称为扫描电镜，是用细聚焦的电子束轰击样品表面，通过电子与样品相互作用产生的二次电子、背散射电子等对样品表面或断口形貌进行观察和分析。
根据我国SEM的研制过程，可将其SEM发展历程大致分为4个阶段：自行设计研制期、技术消化引进期、自主研发集中期、自主研发放缓期。
扫描电子显微镜工作原理扫描电子显微镜工作原理资料来源：公开资料，产业研究院整理2、发展历程根据我国SEM的研制过程，可将其SEM发展历程大致分为4个阶段：自行设计研制期、技术消化引进期、自主研发集中期、自主研发放缓期。
中国扫描式电子显微镜行业发展历程中国扫描式电子显微镜行业发展历程资料来源：公开资料，产业研究院整理相关报告：产业研究院发布的《2023-2028年中国扫描电子显微镜市场竞争格局及投资前景展望报告》二、产业链扫描式电子显微镜行业上游主要包括电子元器件、光学仪器产品及其他配件。
扫描式电子显微镜主要应用于主要用于纺织、化工、印染、仪器仪表、材料分析、教学科研等许多领域。
扫描电子显微镜产业链扫描电子显微镜产业链资料来源：公开资料，产业研究院整理三、全球行业发展现状1、全球电子显微镜市场规模电子显微镜可以运用到生活、科研的各个领域，不断为人们提供生活和科研的方便。
据统计，全球电子显微镜市场规模逐年攀升，由2018年的25.27亿美元增至至2021年的29.26亿美元，2021年同比增长5.86%，预计截至2022年全球电子市场规模将达到30.96亿美元。
2018-2022年全球电子显微镜市场规模及增速情况2018-2022年全球电子显微镜市场规模及增速情况资料来源：公开资料，产业研究院整理2、全球扫描电子显微镜市场规模据统计，2020年全球扫描电子显微镜市场规模达到20.5亿美元，同比增长3.27,，2017年到2020年市场规模复合增长率为4%，市场规模稳定出现增长。
浅谈电子显微镜的发展史
浅谈电子显微镜的发展史电子显微镜的发展史是一个不断探索和创新的过程，经历了多个阶段的演变和发展。
下面将详细介绍电子显微镜的发展历程。
1.早期的研究电子显微镜的发明可以追溯到19世纪末和20世纪初。
1873年，英国物理学家托马斯·克鲁克斯（Thomas Crookes）首先提出了电子显微镜的基本概念。
他认为电子在磁场和电场的作用下，可以形成一种类似于光线透镜的效果，从而实现对微小物体的放大。
然而，这一时期的科学家们并没有找到合适的方法来实现电子的聚焦和成像。
2.电子显微镜的初步研制20世纪初，科学家们开始尝试利用磁场和静电场来聚焦电子，并实现电子显微镜的初步研制。
1928年，德国物理学家恩斯特·阿贝（Ernst Abbe）提出了利用磁透镜来聚焦电子的原理，并申请了相关专利。
随后，德国物理学家马克斯·克诺尔（Max Knoll）和帕斯卡·约尔丹（Pascal Jordan）进一步发展了这一思想，并成功研制出了世界上第一台电子显微镜。
3.电子显微镜的改进和发展在初步研制成功后，科学家们开始对电子显微镜进行不断改进和发展。
1931年，德国物理学家发现了电子与物质相互作用的现象，这一发现对于电子显微镜的发展具有重要意义。
随后，荷兰物理学家弗里茨·凡·昂德霍弗（Frits van den Ende）对电子显微镜进行了改进，提高了成像的质量和分辨率。
4.现代电子显微镜的诞生20世纪50年代和60年代，随着科学技术的发展，电子显微镜的分辨率得到了进一步提高。
在这一时期，科学家们发现了高分子薄膜作为衬底材料对提高电子显微镜分辨率的作用，这一发现被称为“薄膜技术”。
利用薄膜技术，科学家们成功研制出了现代电子显微镜，具有更高的分辨率和更广泛的应用范围。
5.电子显微镜的应用拓展随着电子显微镜技术的不断发展，其应用领域也得到了不断拓展。
如今，电子显微镜已成为生物学、医学、材料科学、地质学等多个领域中重要的研究工具。
扫描电子显微镜技术研究与开发
扫描电子显微镜技术研究与开发随着科技的不断发展，扫描电子显微镜（SEM）技术逐渐被广泛应用于各个领域。
要想更好地了解和掌握这一技术，我们需要从历史发展、基本原理、应用与未来发展四个方面进行探讨。
一、历史发展扫描电子显微镜是在二战期间由研究电子密度分布的科学家发明的。
20世纪60年代，随着微电子技术的崛起，扫描电子显微镜开始被广泛地应用。
1970年代，扫描电子显微镜技术已经发展到可以对生物样本进行观察的水平。
随着计算机技术的不断进步，SEM技术越来越先进，能够提供更加详细、清晰的图像。
同时，与其他显微镜技术相比，SEM不受样本的大小和形状的限制，因此可以应用于各种材料和生物样本的观察。
二、基本原理扫描电子显微镜基于电子束与样品相互作用的原理，将扫描电子束照射到不同材料的表面，通过反射、散射、逸出等过程，来获得样品的表面形貌、物理和化学性质等信息。
通过聚焦电子束的对比度增强功能和不同的探测器，可以获取样品形貌、成分、晶体结构、纳米级尺寸和表面等特性，良好的分辨率是SEM技术的突出优势之一。
三、应用扫描电子显微镜技术已经被广泛应用于材料科学、生物医学、纳米技术、化学等领域。
在材料科学中，SEM常被用于材料的表面形貌、结构、成分和缺陷等分析。
在生物医学中，SEM被用于细胞观察、细胞内结构分析、病毒形态的观察等。
在纳米技术中，SEM可以观察和制备具有纳米级结构的材料。
同时，在化学领域，SEM也可以被用来研究新型材料的性质和应用，如电催化剂、碳纳米管、石墨烯等。
四、未来发展未来扫描电子显微镜技术中的主要研究方向将是增加SEM取代能力和提高分辨率以及大规模样品处理。
随着SEM技术的发展，其采用的成像方式将逐渐向“成像和分析一体化”发展，做到一次成像、多次分析；与其他光学显微镜和分析设备融合，形成全新的“多器件耦合成像分析系统”，以强大的数据处理资源为基础，提供更深入和全方位的数据分析载体。
扫描电子显微镜已成为科学研究和工程开发中必不可少的工具之一。
电子显微镜技术的发展历程
电子显微镜技术的发展历程电子显微镜技术是一种高分辨率成像技术，是现代材料科学和生物科学研究中不可缺少的工具之一。
下面将介绍电子显微镜技术的发展历程。
一、电子显微镜技术的初期发展电子显微镜技术的发展源于1930年代，当时，德国科学家Ernst Ruska首次设计了电子显微镜，这种显微镜是利用电子束代替光学显微镜中的光束。
随着电子显微镜技术的发展，人们能够对物质的微观结构进行观察和研究，这种技术的广泛运用对于材料科学和生物科学的研究进展有着举足轻重的影响。
二、电子显微镜技术的完善在电子显微镜技术初期的发展过程中，电子显微镜的分辨率受到了很大的限制，这往往导致了成像的模糊和不清晰。
在20世纪50年代，美国科学家Ernst Ruska和Max Knoll发明了扫描电子显微镜（SEM），这种显微镜利用电子束扫描样品表面，对样品进行成像。
SEM的发明不仅提高了成像的分辨率，而且使得更大范围内的样品都可以被观察到。
在1957年，英国科学家Jane Henry发明了透射电子显微镜（TEM）。
TEM是通过以极高的速度射入样品的电子束来观察样品的微小结构。
透射电子显微镜技术的发展具有重大意义，因为它可以使人们观察到远低于光学显微镜分辨率的结构。
三、电子显微镜技术的进一步发展随着电子显微镜技术的进一步发展，人们的观察深度和成像分辨率得到了显著提高。
在1985年，日本科学家Akira Tonomura发明了称为选择电子束照明（SELIM）的技术，该技术可以使电子束的厚度变化，从而提高了成像质量。
2003年，美国科学家Gerd Binning和Heinrich Rohrer因在扫描隧道显微镜（STM）的提出而获得了诺贝尔物理学奖。
STM是一种高分辨率的成像方法，它可以使人们观察并检测样品表面上的原子和分子。
现在，电子显微镜技术已经成为无机和有机材料研究的重要工具，同时也在医学和生物学研究中应用越来越广泛。
近年来，人们还研究出了新的技术和应用，例如透射电子显微镜的同步辐射版本（STEM），高角度透射电子显微镜（HAADF-STEM）和透射电镜强制振动激光技术（TEM-VCF）等。
SEM-扫描电子显微镜简介
却、拉伸等）中的试样显微结构形态的动态变化过程（动态观察）。
2019/4/27
五、SEM样品制备
样品制备特点： 1.可以观察大尺度的样品，从毫米到厘米尺寸的样品都可以观察 2.成块样品不用制成超薄切片，样品制备方法要简单得多 3.特别适合于细胞表面和组织表面特征信息的研究
中型电镜。 1975年，中国科学院北京科学仪器厂成功试制了第一台DX-3型
扫描电镜，分辨率为10nm，填补了我国扫描电镜的空白。
2019/4/27
二、SEM结构与工作原理
JSM-6700F场发射扫描电组成： (1)电子光学系统（镜筒） (2)扫描系统 (3)信号收集和图像显示系统 (4)真空系统 (5)电源系统
0.88PMN-0.12PT透明陶瓷的断面SEM照片
2019/4/27
SEM在材料和冶金工业的应用
• 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。
材料拉伸测试
2019/4/27
SEM观察生物样本
独居蜂幼虫
撒克逊黄蜂的颚齿
哥布林蜘蛛
2019/4/27
谢谢观看
2019/4/27
扫描电镜 SEM
(Scanning Electron Microscope)
2019/4/27
目录：
1.SEM的发展历程 2.SEM的结构与工作原理 3.SEM的特点 4.SEM的样品制备
5.SEM的应用
2019/4/27
一、SEM的发展历程（1）
1924年，法国科学家De.Broglie证明任何粒子在高速运动时都会 发射一定波长的电磁辐射。
电子显微镜技术的发展
电子显微镜技术的发展电子显微镜是现代科学和工业领域中必不可少的基础设备。
它利用电子束而不是光束成像样品，可以显微级别下观测材料碾制的表面结构和内部状态，为材料科学的发展提供了有力工具。
随着现代科技的不断进步，电子显微镜技术也在不断发展。
本文旨在介绍电子显微镜技术的发展历程和现状。
一、电子显微镜的发展历程1951年，日本学者中村精一教授率领的团队发明了扫描电子显微镜（Scanning electron microscope, SEM），这一发明标志着电子显微镜技术的创新和突破，为科学工作者们观测样品提供了新的手段。
相较于传统的光学显微镜，电子显微镜有着更高的分辨率，观测范围也更广。
1968年，美国学者Gerd Binning和Heinrich Rohrer发明了扫描隧道显微镜（Scanning tunneling microscope, STM），这一发明被认为是材料分析学中最重要的发明之一。
扫描隧道显微镜可以利用隧道效应，通过钨尖来观察物体的原子结构。
扫描隧道显微镜在分辨率上可以达到奈米级别，使得人们可以实时观测到原子级别等级的变化。
针对扫描隧道显微镜的优点，许多科学家们在不断的改进中，发明了许多新的电子显微镜技术。
在扫描隧道显微镜的基础上，出现了能够观测到原子级别的场致发射电子显微镜（Field emission scanning electron microscope, FE-SEM）和透射电子显微镜（Transmission electron microscope, TEM)。
场致发射电子显微镜采用场致发射效应产生电流，生成电子束，然后以更高的分辨率和更窄的电子束聚焦来观测样品的表面形貌；透射电子显微镜采用电子束穿透薄片进行分析，可以形成薄片的二维像像和三维形貌，这对于样品内部结构的分析特别有用。
这两种新电子显微镜技术的出现，不仅拓展了电子显微镜的研究领域，同时也为材料科学和工业领域提供了更灵活的样品观察分析手段。
扫描电子显微镜行业发展趋势报告
的投入和产出逐渐增加，市场份额也在不断扩大，成为全球扫描电子显
微镜行业的重要新兴市场。
02
技术发展趋势
高分辨率技术
发展概述
高分辨率技术一直是扫描电子显微镜领域的重要发展方向 。近年来，随着技术的不断进步，扫描电子显微镜的分辨 率不断提高，已经实现了原子级别的成像。
技术创新
在提升分辨率的过程中，采用了多种技术创新手段，如研 发新型电子枪、优化电子光学系统等，使得扫描电子显微 镜的成像质量得到了显著提升。
率。
市场拓展策略与建议
加强应用开发
针对不同行业和应用场景，开发 定制化的扫描电子显微镜解决方
案，以拓展市场份额。
售后服务与培训
提供完善的售后服务和操作培训， 降低客户使用难度，增强客户黏性 。
营销策略创新
充分利用互联网和社交媒体等渠道 ，提高品牌知名度，吸引潜在客户 。
未来发展的机遇与前景
生命科学领域
行业在全球范围内的分布
01
地域分布
扫描电子显微镜的制造和应用在全球范围内分布广泛。主要的生产和研
发基地包括美国、欧洲、日本等发达国家和地区。
02
市场占比
从市场份额来看，美国、欧洲、亚洲等地的扫描电子显微镜市场占据主
导地位，其中美国的市场规模和技术水平处于领先地位。
03
发展中国家和地区的增长
近年来，发展中国家和地区，如中国、印度等，在扫描电子显微镜领域
THANKS
感谢观看
应用前景
高分辨率技术的发展为材料科学、生物医学等领域的研究 提供了有力支持，未来还有望在更广泛的领域中得到应用 。
三维成像技术
发展概述
三维成像技术是扫描电子显微镜领域的另一重要发展趋势。通过获取样品的多个角度的信 息，可以实现样品的三维重构，为科学研究提供更加直观的信息。
扫描电子显微镜的早期历史和发展趋势
扫描电子显微镜的早期历史和发展趋势扫描电子显微镜的早期历史和发展趋势扫描电子显微镜（SEM）的基本原理在20世纪30年代到40年代初由Knoll, 德国的von Ardenne和美国的Zworykin，Hillier等人确立。
扫描电镜的研究在英国剑桥大学电机工程学系Charles Oatley 博士学位的一系列项目中复苏。
在剑桥大学的McMullan和Smith的早期研究之后，SEM的第一次产业应用在加拿大纸浆和造纸研究所实现。
不久之后，在美国的Westinghouse，SEM被应用于集成电路，并在英国和日本实现了扫描电镜的商业化。
截至目前，SEM及其他显微和微分析技术在世界范围内发展，并被应用于越来越多的领域。
关键词：扫描电子显微镜（SEM），成像技术，表面形貌，成分衬度，电子通道花样（ECP），电子背散射花样（EBSP）。
Oatley描述了SEM早期历史和直至其第一次商业化的发展状况。
第一台商业SEM在英国和日本制造。
SEM的历史也被许多作者描述过。
商用SEM性能的提高和操作的简便已经很出色并有望继续进步。
Knoll用仪器得到了四个非常重要的实验结果Fig.1：(i)他从固态多晶样品中得到了样品的吸收电流像Fig.2.(ii) 这张照片显示的晶粒间取向依赖衬度是由电子穿隧效应的对比差异引起的。
（iii）他测量了不同材料的二次电子（SE）加背散射电子(BSE)系数是入射电子能量E0的函数，并且证明当SE+BSE系数为1时，有第二个交叉点，此时E0约为1.5keV。
样品的充电最小化并且保持稳定。
(iv)根据一个早期关于定量电压衬度的译文，测量了束电子对非导电颗粒充电后颗粒的电势。
Figure 3 是由von Ardenne提出的产生二次电子的电子散射模型，模型表明初始束展宽；大角度散射；扩散；BSE逃逸以及每个阶段的二次电子激发。
他提出了两种高分辨率SE图像。
第一种（现在称为SE-I图像的详细讨论见Peters）E0等于数十电子伏，此时电子的穿透深度（几个微米）比二次电子的逃逸深度大很多倍（几个纳米）。
电子显微镜的发展历程
“科学之眼“越来越亮——电子显微镜的发展历程摘要：Ruska和Knowll在1932年（有说是1931年和1933年的）研制成功第一台电子显微镜。
经过半个多世纪的发展，已广泛应用到自然科学的许多学科中，并且极大推动了这些学科的发展。
在七十年代电子显微镜终于实现了人们直接观察原子的长期愿望，电子显微镜成了“科学之眼”。
一门新兴的电子显微学因此而诞生。
而Ruska也因此而获得1986年诺贝尔物理奖。
在生命科学，由于电子显微镜技术的迅速发展和应用，改变了细胞学、组织学、病毒学、分类学和分子生物学等的面貌，促使生物学从细胞水平进入到分子水平；它也成为生物学、医学、农林等学科研究工作中极为重要的手段。
近年来，我国拥有越来越多的电子显微镜，应用也越广泛，不少高等院校都相继开设相关的课程。
“科学之眼”不仅在外国，在我国也会越来越亮，开花结果，前途光明。
关键词：电子显微镜扫描电子显微镜透射电子显微镜扫描透射显微镜正文：电子显微镜问世已有半个多世纪了，但其应用于医学、生物学，尤其是细胞学的研究方面才只有二十余年的历史。
我国学者在六十年代初期开始这方面的工作。
下面我们来看一下电子显微镜的总体发展历程。
一．电子显微镜的总体发展历程人类对于生物微观世界的认识过程，有着一段漫长的历史。
荷兰人列文虎克(Leeuwenhoek)在300年前创制成功世界上第一架显微镜，发现了当时人们还不知道的微生物世界。
这是显微镜第一次显示其巨大作用。
早在一百年以前，朴率克(Plucker)就曾在盖斯雷管的阴极近管壁上发现过一种黄绿色的光辉，但他当时对这一现象并无认识，未予重视。
自从1924年德布罗意提出了电子与光一样，具有波动性的假说和1926年Busch发现了旋转对称、不均匀的磁场可作为一个用于聚焦电子束的透镜，就为后来的电子显微镜的问世奠定了理论基础，这就打开了电子光学的大门。
经六年后，到1932年克诺露(Knoll)及鲁斯卡(Ruska)等人首次发表了关于电子显微镜的实验和理论研究，并试制成功第一台电磁式电子显微镜。
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扫描电子显微镜的早期历史和发展趋势扫描电子显微镜（SEM）的基本原理在20世纪30年代到40年代初由Knoll, 德国的von Ardenne和美国的Zworykin，Hillier等人确立。
扫描电镜的研究在英国剑桥大学电机工程学系Charles Oatley博士学位的一系列项目中复苏。
在剑桥大学的McMullan和Smith的早期研究之后，SEM的第一次产业应用在加拿大纸浆和造纸研究所实现。
不久之后，在美国的Westinghouse，SEM被应用于集成电路，并在英国和日本实现了扫描电镜的商业化。
截至目前，SEM及其他显微和微分析技术在世界范围内发展，并被应用于越来越多的领域。
关键词：扫描电子显微镜（SEM），成像技术，表面形貌，成分衬度，电子通道花样（ECP），电子背散射花样（EBSP）。
Oatley描述了SEM早期历史和直至其第一次商业化的发展状况。
第一台商业SEM在英国和日本制造。
SEM的历史也被许多作者描述过。
商用SEM性能的提高和操作的简便已经很出色并有望继续进步。
Knoll用仪器得到了四个非常重要的实验结果Fig.1：(i)他从固态多晶样品中得到了样品的吸收电流像Fig.2.(ii) 这张照片显示的晶粒间取向依赖衬度是由电子穿隧效应的对比差异引起的。
（iii）他测量了不同材料的二次电子（SE）加背散射电子(BSE)系数是入射电子能量E0的函数，并且证明当SE+BSE系数为1时，有第二个交叉点，此时E0约为1.5keV。
样品的充电最小化并且保持稳定。
(iv)根据一个早期关于定量电压衬度的译文，测量了束电子对非导电颗粒充电后颗粒的电势。
Figure 3 是由von Ardenne提出的产生二次电子的电子散射模型，模型表明初始束展宽；大角度散射；扩散；BSE逃逸以及每个阶段的二次电子激发。
他提出了两种高分辨率SE图像。
第一种（现在称为SE-I图像的详细讨论见Peters）E0等于数十电子伏，此时电子的穿透深度（几个微米）比二次电子的逃逸深度大很多倍（几个纳米）。
SE-I激发是在束电子入射点的一个局部的区域内发散，这个范围比BSE小。
他提出SE-I能提供一个高分辨率的SE图像（特殊情况除外）。
他的第二个观点（现在称为低压SEM）是将E0减小到1keV，此时穿透深度达到束电子直径。
Zworykin给出了最早的二次电子图像。
这些工作者也建立了一台密封的场发射（FE）SEM，并且为X射线微区分析和电子能量损失能谱仪（EELS）奠定了基础。
当时人们热衷于似乎会更加成功的透射电镜（TEM），他们在SEM方面的工作没有继续。
1948年，剑桥大学的Charles Oatley带领学校的博士重新开始了SEM的研究。
15年后，芝加哥的Albert Crewe教授首先发明了一台场发射扫描透射电镜（FE-STEM）。
法国研制了电子探测器并且被Castaing和Guinier应用于X射线微区分析，被Bernard和Davoine用于阴极发射线发射。
Oatley已经叙述了剑桥大学的Dennis McMullan，Ken Smith以及他们的学生如何调查研究SEM的商业模式。
最早的SEM给出了一张高质量的的显微照片，这是Ken Smith用一个Metropolitan Vickers EM4透射电子显微镜的磁透镜和一个来自Everhart和Thornley的电子探测器建造的。
1958年这个探测器被装运到了法国蒙特利尔的纸浆和造纸研究院。
Oatley先生为SEM的发展所做的非常突出贡献在他诞生百年即1904年以一本书《Sir Charles Oatley and the Scanning Electron Microscope》的出版而被得到肯定，由学术出版社发行在《Advances In Imaging andElectron Physics 》(P. Hawke, 总编辑)系列中。
Everhart写到：‘Oatley先生是一个谦逊的人，他派遣自己的学生参加会议来发表论文。
他专注于发展自己的大学让其他人来作报告。
他悄悄地为他人铺平道路。
通过他的建议，他的鼓励，他提供的资源以及对商业SEM的推动，我相信Charles Oatley先生的确应得这个荣誉“现代扫描电子显微镜之父”。
’SEM在剑桥大学工程学院的发展推动了剑桥仪器公司对商业SEM的生产。
同样的，运送到加拿大纸浆和造纸研究院的K.C.A. Smith的SEM引起了JEOL对商业SEM的制造。
由此，1962年JEOL公司的Y. Noguchi博士展示了一些用SEM获得的纸浆表面显微图像并且写到：‘我们展示的纸浆表面SEM图像是用Smith博士的扫描电镜获得的。
我们第一次看到了清晰，锐利的，稳定的SEM图像，以前从来没有看到过这样的东西。
一些图片，尤其是那些许多的纤维错综缠绕的图片真的是有艺术效果的，令人永生难忘。
我仍然可以画出它们。
不用说，那天晚上，直至凌晨时分，我写信给我的上司去说剑桥大学已经在北美的纸浆和造纸中心安装了它们的第一个SEM装置，并且这个系统产生了杰出的结果。
后来在Kimoto博士读完报告后我陪同他调研那台SEM。
60年代初，第一台SEM的出现（剑桥仪器公司立体扫描Mk.1）使得其他研发团队对发展新的应用和成像技术的贡献成为可能。
英国牛津大学Peter Hirsch 教授带领的冶金学系，他们的工作包括通过第一类和第二类图像衬度方法对磁性样品的研究，用电子通道花样（ECP）研究晶体结构。
同样的，伦敦大学学院的A. Boyde 开始研究SEM中的立体和生物方法。
Figure.1 Knoll用两个阴极射线管（CRT）研制的SEMFigure.2 silicon-iron sheet的吸收电流像，左右距离=50mmFigure.3 von Ardenne的电子散射模型，并被用于提出低压SEM，现在称为SE-I成像。
Figure.4 云杉木管胞沿主墙处纤维断裂，倾斜30°。
第一类磁衬度（Fig.5）是因为样品表面磁场使得二次电子发生了偏转，因此二次电子信号的收集被这些磁场改变。
根据法向入射电子束一阶理论，样品表面磁场的法向分量由x和y方向第一类磁衬度的变化率给出。
第二类磁衬度（Fig.6）是样品存在内部强磁场时在背散射电子像中被发现。
Thornley 和Hutchinson运用阴影法研究了表面磁场。
ECP是由英国莫尔文皇家雷达公司（RRE）的D.G. Coates在收集背散射电子时，用低放大倍数观察一个单晶样品时发现的（Fig.7）。
这些花样不随着晶体横向移动而变化，但是随着晶体的倾斜或旋转而变化。
莫尔文和牛津的工作都证明这是因为晶体点阵中的电子通道效应。
这个双向过程后来得到了发展，当电子束聚焦到一个单取样点时，一系列小的BSE探测器检测到了电子背散射花样。
SEM要求样品必须工作在高真空下，这个事实对于研究生物组织，细胞，细菌，液体以及其他易变的材料是一个重要的障碍。
SEM中塑料闪烁体的第一次应用是在Oatley教授的建议下用一个水蒸气的单元，在被单元对面的塑料闪烁体检测到之前，电子束穿过一层膜进入含有水蒸气的样品区。
1960年，P.R. Thornton 表示液体材料可以用SEM来成像，是通过在碳薄膜中间夹一个小液滴。
10年后，美国的Lane，英国联合利华实验室的Swift和Brown证明样品处在低压的空气或水蒸气环境下操作SEM是可能并且有利的。
因为低压的空气或水蒸气环境提供了控制充电效应有效的途径并且能很容易的分析潮湿或恶劣的样品。
这些概念被用于环境扫描电镜并且有着广阔的应用前景。
此外，应该注意到理论的研究对SEM的发展也很重要。
特别是Shimizu, Murata, Curgenven和Duncumb在发展蒙特卡洛方法上所做的工作。
Monte Carlo方法用来模拟电子与固体的相互作用，为解释图片和分析实验数据提供了可靠的，定量的基础。
Figure.5 剑桥Stereoscan MK.1在20keV下用二次电子模式记录的单轴磁性材料磁铅石第一类磁衬度Figure.6 剑桥Stereoscan MK.2在20keV下用固体探测器在背散射模式下记录的立方Fe-Si变压器芯材料第二类磁衬度Figure.7 从单晶材料InP中获得的电子通道花样（ECP），Stereoscan MK.2在20keV下用吸收电流模式获得的，在当时很普遍。
19世纪五、六十年代，在E0=15keV或更低的入射能量（使得束电子直径减小）下操作SEM是很平常的。
不导电样品被大约10nm的Au-Pd合金覆盖（Fig.4）.较早的应用包括Thornley 和Cartz用低压SEM检查不加涂层的陶瓷材料以避免Knoll描述的充电效应，Boyde 和Wood用来在检验低密度的生物材料时提高图像对比度。
一个较早的例子见Fig.8, 通过减小E0来获得经过改善的表面细节。
在19世纪60年代后期，Crewe教授和他的学生在场发射扫描投射电子显微镜中用到了场发射电子枪。
后来，它被应用于获得惊人的低压SEM图像，现在可以用商用SEM来获得。
另外，比较不同数值的E0可见有时能检测到额外的信息（Fig.9）。
(Fig.9（b）是一个用SE-II电子获得的高分辨率信息的例子。
)这个样品通过镀层获得的。
（i）30nm的Cr, (ii)150nm的Si, (iii)150nm的Au，镀在被氧化的硅衬底层上。
被加热到300℃保持60分钟，显微镜学家（P.J. Bailey）被问及表面是否有统一的构成。
他证明了的表面下的不一致层被表面层的均一所覆盖。
这个获取图像的方法正在作为一个未来的可能性而被研究，因为在E0=100keV或更大入射能量下能获得的二次电子和背散射电子图像能够给出微电路高分辨率的表层下的结构，并且无损伤，这是其他方法所不能达到的。
不幸的是，还没有提到畸变校正技术和电脑控制SEM。
很显然，随着新器件的产生和新见解的提出，旧观点被认为比现在所知道的更加有用，SEM将继续进步。
其中一个提议是用一系列微小SEM，探针显微镜的微细加工技术，与那些用在硅微电路中的技术相似。
这将被用于在生产过程中检验和评审硅集成电路板。
现在，这个可以用专业的电脑控制的SEM来实现。
但是需要更高的生产能力来实现一系列微小型的SEM以及相关的并行设备的高速运行。
Figure.8 通过减小E0获得的包含完善形貌的图像衬度，氢脆化断裂，18%的Ni(250级)马氏体时效钢，（a）E0=5keV，（b）E0=20keVFigure.9 不同能量的样品表面下结构SE图像：（a）E0=3keV（b）E0=10keV, 左右距离3.75微米（P.J. Bailey摄）还有人提出用内置透镜检查硅集成电路板表面形貌，低损失电子成像，或者用相关的方式获得能量过滤电子背散射花样。