扫描电镜和透射电镜的异同-张文强
TEM和SEM应用对比
想请问一下透射电镜（TEM）和扫描电镜（SEM）应用的区别？haizi2000(站内联系TA)TEM是做材料微观组织分析，比如说孪晶啊、马氏体啊、位错啊等等，SEM一般是做面扫描，也可以配能谱仪进行能谱分析，比如说断面形貌，组织观察，元素百分比等等。
jhkla(站内联系TA)在百度百科上收一下ten sem 一搜就有chxmright(站内联系TA)其实本质上还是原理不一样，造成应用上的差别另外补充一下做TEM的样比SEM的样要复杂很多~santuo(站内联系TA)TEM是做材料微观组织、晶体结构分析；SEM主要用于表面形貌观察，亦可通过能谱检测局部元素组成与含量Image6975(站内联系TA)SEM 观察材料表面信息TEM 观察材料内部信息tiger808(站内联系TA)TEM是做材料微观组织分析，比如说孪晶啊、马氏体啊、位错啊等等，SEM一般是做面扫描，也可以配能谱仪进行能谱分析，比如说断面形貌，组织观察，元素百分比等等。
补充：透射电镜做晶体结构分析较好，扫描电镜做表面形貌和成分分析较好。
lchealsea(站内联系TA)透射电镜是利用透射电子来成像的，为此样品制作比较麻烦，需要做的很薄。
可以TEM检测来判断材料的内部空间结构。
比如得到衍射花样，再通过标定，可以得到其为面心，体心，是否有孪晶等。
扫描电镜主要是利用二次电子成像，以获取材料的表面形貌。
通常扫描的附件会带有能谱仪，通过特征射线获取材料的成分分布情况，另外扫描电镜可以观察端口形貌。
大友(站内联系TA)扫描电镜就扫表面透射电镜电子束透过透射的放大倍数高扫描的好分析透射可以分析结构扫描只能看形貌老师：感觉要看断口的宽厚，SEM比较好，看微晶结构TEM更好，但是以前师兄师姐的论文即使做了透射也不是分析晶体结构。
透射电镜、扫描电镜样品的制备及电镜观察方法
透射电镜、扫描电镜样品的制备及电镜观察一、实验目的1、掌握透射电子显微镜和扫描电子显微镜的结构及工作原理2、了解透射电镜和扫描电镜样品的制备方法3、了解透射电镜和扫描电镜的操作步骤二、实验原理1、透射电子显微镜的结构及其原理透射电子显微镜主要由3个部分组成：电子光学系统、真空系统和电器系统。
真空系统由机械泵和扩散泵组成，任务是保证镜筒内电子束经过部分的真空度至少在10－4－10－6mmHg，以减少高速运动的电子受气体分子散射的机会和气体分子受高速电子撞击时的电离放电现象，以及样品对电子枪灯丝的污染等等。
提高图像质量，延长灯丝寿命。
电器系统包括高压电源、透镜电源、真空系统电源和其他电器部件。
为了保持电子枪发射电子波长的单一性，电子枪加速电压必须配有稳压器，而且要求输出电压的稳定性在10-5~10-6以上。
透射电镜的电子光学系统包括照明系统、成像系统和记录系统。
物镜、中间镜、投影镜组成的三级放大是成像系统的常规模式，它有高放大倍率、中放大倍率和低放大倍率三种工作状态。
在实际电镜观察中，为了寻找样品中的最佳成像区域，通常先在低倍模式下大视域观察，在转换到高倍成像模式进一步观察。
它的成像原理有质量厚度衬度原理、电子衍射原理、衍射衬度成像原理。
2、扫描电子显微镜结构及其工作原理扫描电子显微镜除了电子光学系统、真空系统、电器系统三部分外，还有信号检测系统。
一般扫描电镜的电子光学部分由电子枪、三级聚光镜和样品室组成。
在扫描电镜中，样品较厚，电子束与样品表面的作用很复杂，引起非弹性散射的原因也很多，由于每个高能电子入射到样品后的境遇不同，激发多种物理信号。
如果在样品附近配置不同的信号检测器，就可获得反映样品不同性质的信息。
二次电子像的分辨率等于扫描电镜的极限分辨率。
按照检测的对象划分，检测系统可分为三大类：电子检测器、阴极荧光检测器和X射线检测器。
扫描电镜的衬度是一个与样品的性质、所检测的物理信号种类、具体所用的检测器等因素有关的量，最长涉及的有形貌衬度、成份衬度、晶体衬度、电位衬度等。
扫描电镜、透射电镜、扫描隧道显微镜.doc
扫描电子显微镜扫描电子显微镜(scanning electron microscope),简称扫描电镜(SEM)o是一种利用电子束扫描样品表面从而获得样品信息的电子显微镜。
它能产生样品表面的高分辨率图像，且图像呈三维，打描电子显微镜能被用来鉴定样品的表面结构。
结构扫描电子显微镜由三人部分组成：真空系统，电子束系统以及成像系统。
真空系统真空系统主要包括真空泵和真空柱两部分。
真空柱是-个密封的柱形容器。
真空泵用来在真空柱内产生真空。
有机械泵、油扩散泵以及涡轮分了泵三人类，机械泵加油扩散泵的组合可以满足配置餌枪的SEM的真空要求，但对于装配了场致发射枪或六硼化锢枪的SEM,则需要机械泵加涡轮分了泵的组合。
成像系统和电子束系统均内置在真空柱中。
之所以要用真空，主要基于以下两点原因：•电子束系统中的灯丝在普通大气中会迅速氧化而失效，所以除了在使用SEM时需要用真空以外，平时还需要以纯氮气或惰性气体充满整个真空柱。
•为了增大电子的平均自由程，从而使得用于成像的电子更多。
电子束系统电子束系统由电子枪和电磁透镜两部分组成，主要用于产生一束能量分布极窄的、电子能量确定的电子束用以扫描成像。
电子枪电子枪用于产生电子，主要有两大类，共三种。
一类是利用场致发射效应产生电了，称为场致发射电了枪。
这种电子枪极其昂贵，在十万美元以上，且需要小于的极高真空。
但它具有至少1000小时的寿命，且不需要电磁透镜系统。
另一类则是利用热发射效应产生电了，有钩枪和六硼化澜枪两种。
鹄枪寿命在30〜100小时之间，价格便宜，但成像不如其它两种明亮，常作为廉价或标准SEM配置。
六硼化澜枪寿命介于场致发射电子枪与鹄枪之间，为200〜1000小时，价格约为餌枪的十倍，图像比钩枪明亮5〜10倍，需要略高于钩枪的真空，一般在lCftorr以上；但比餌枪容易产生过度饱和与热激发问题。
电磁透镜热发射电子需要电磁透镜来成束，所以在用热发射电子枪的SEM上, 电磁透镜必不可少。
电镜区别
偏光显微镜、扫描电镜和投射电镜的区别(2010-03-22 10:46:01)偏光显微镜：偏光显微镜是光学显微镜的一种，光学显微镜可用于研究透明和不透明材料的形态结构。
高分子材料结构研究的许多内容在光学显微镜的分辨尺寸内，如高分子的结晶形态、结晶过程和取向等；共混或者嵌段、接枝共聚物的相结构；复合材料的多相结构以及高分子液晶的织态结构等。
偏光显微镜是在普通光学显微镜上分别在试样台上各加一片偏振片。
偏振片只允许在某一特定方向上振动的光通过。
偏光显微镜是一种适用于研究球晶结构以及取向度的非常有用的一起。
高聚物在熔融和无定形时呈现光学各向同性，即各方向上折射率相同，完全不能通过检偏片，因而视野全暗。
当高聚物存在晶态或取向时，光学性质随方向而异，产生双折射，视野明亮，可以观察到结构形态。
也就是大家所熟悉的球晶的黑十字消光现象。
在高聚物多相体系研究中，对于共混和共聚，如果其中有一相可以结晶，可用于偏光显微镜直接研究其多相体系的结构。
实质的含义是各相同性的是不透明的，结晶的地方是透明的。
电子显微镜可以研究高分子晶体的形貌和结构，高分子多相、微观相分离结构、高分子材料的表面和界面、断口、粘合剂的粘结效果等。
目前应用较为广泛的是透射电子显微镜和扫描电子显微镜。
扫描电镜是近几年发展起来的一种电子仪器，使研究三维表面结构的有力工具，他比透射电镜优越，如分辨率高、发达倍数大等。
电子显微镜（以下简称电镜）属电子光学仪器。
由于电子的德布罗意波波长比光波短几个量级，所以电镜具有高分辨成像的能力。
首先发明的是透射电镜，由M.诺尔和E.鲁斯卡于1932年发明并突破了光学显微镜分辨极限。
透射电子显微镜是把经加速和聚集的电子束投射到非常薄的样品上，电子与样品中的原子碰撞而改变方向，从而产生立体角散射。
散射角的大小与样品的密度、厚度相关，因此可以形成明暗不同的影像。
通常，透射电子显微镜的分辨率为0.1～0.2nm，放大倍数为几万～百万倍，用于观察超微结构，即小于0.2nm、光学显微镜下无法看清的结构，又称"亚显微结构"。
扫描电镜、透射显微镜
式中 V- 电子加速电压， 可以计算，当 V= 100kV 时，波长 =0.0037nm ， 分辨率 0.005 nm 。实际 TEM 只能达到 0.1---0.2 nm ， 这 是 由 于 透 镜 的 固 有 像 差 造 成的 。
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电镜三要素
２ . 放大倍数
肉眼分辨率约 0. 2mm
电镜的分辨率 0.2nm 左右
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基本原理
基本原理
电子束能量足够大，能够穿过样品而无相互作用，形成透 射电子。入射电子和样品有相互作用而产生散射。散射有两 类：
• 弹性散射：入射电子只是被反射而没有损失能量
• 非弹性散射：如果有能量损失，会产生各种不同的射线
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基本原理
(1) 透射电子： 直接透射电子，以及弹性或非弹性散射的透射电子 用于透射电镜（ TEM ）的成像和衍射。 (2) 背景散射电子： 入射电子穿透到离核很近的地方被反 射 ， 而 没 有 能 量 损 失 ； 反 射 角的 大 小取 决 于离 核 的二次电子和 距离 和 原 来 的 能 量 ， 因 而 实 际 上 任 何方 向 都有 散 射， 所 产背景散射电 生的 信 息即形成背景散射。 子共同用于 散 射 强 度 的 大 小 取 决 于 原 子 的原 子 序数 和 试样 表 面扫描电镜 形貌 。 (3) 二次电子： 入射电子撞击样品表面原子的外层电子， （ SEM ）的 把 它 激 发 出 来 ， 就 形 成 低 能 量的 二 次电 子 ，使 表 面成像。 凹凸 的 各个部分都能清晰成像 ( SEI ) 。 10 二 次 电 子 的 强 度 主 要 与 样 品 表面 形 貌有 关 。
放大倍数＝屏幕的分辨率／电子 束直 径 ＝０ . １ mm/5nm
传统 SEM 放大倍数约为２万左右。
透射电镜和扫描电镜的区别
透射电镜和扫描电镜的区别它们都是用来研究物质结构的仪器，只是两者所采用的物质不同，扫描电镜是通过光学系统把被观察的样品放大并拍摄下来。
透射电镜主要用于测定透明样品表面形貌结构和成分的显微照相和放大观察，在有机化学、生物学、医药学、材料科学等领域有广泛的应用。
目前，扫描电子显微镜已被广泛应用于地质、冶金、机械、生物、化工、农业、环境保护及材料科学等各个领域，获得了丰富的宝贵资料。
而扫描电镜是一种能把物体各个表面的形态特征（例如，晶粒大小、比表面积、空隙率等），以图像方式直接记录下来的仪器，它能对试样作三维空间中任意位置的无接触式成像，具有高效、灵敏、能量低、景深大等优点。
透射电子显微镜最重要的应用就是在材料科学上，它是材料科学家用以研究材料表面和内部组织结构、成分的手段。
由于它是从表面对材料内部进行研究，因此可以直接观察到与表面有关的许多表面现象，如表面吸附、表面增减、表面缺陷等。
透射电子显微镜除了做透射电镜观察之外，还可以配上透射电镜样品台做扫描电镜观察，也可以通过加一些附件做成冷加工电镜，还可以通过样品制备后进行电镀做成扫描电镜，更可以用同步辐射源做成扫描电镜等等。
因为使用场合不同，设备选型不同，一般是根据研究需要进行选择，所以价格也会不同，还有可能是厂家竞争的原因。
另外，国内常见的扫描电镜和透射电镜的区别是：国内的透射电镜比较便宜，可以说是非常便宜，一般几千元的都很普遍，好点的机器就比如汉能的1万多元一台。
当然这个跟国内的成本控制有关，国外的仪器由于成本控制严格，因此在国内不容易买到，也算是一个小遗憾吧。
透射电镜是完全消耗显微镜物料的，基本上就是贵在哪里。
而扫描电镜不同，是能节省大量的显微镜物料的。
国产的扫描电镜，一般都是国外进口二手，或者回收仪器。
目前国内的二手仪器质量越来越差，甚至用了才不到2年。
这跟国内的厂家售后服务没做好有很大关系。
目前大陆在电镜方面稍微好点的公司，有个北京莱伯泰科，浙江中核，台湾艾尼克斯，在国内也算是排名靠前的。
透射电镜和扫描电镜的区别
透射电镜和扫描电镜的区别扫描电镜和透射电镜的区别在于。
1、结构差异：主要体现在样品在电子束光路中的位置不同。
透射电镜的样品在电子束中间，电子源在样品上方发射电子，经过聚光镜，然后穿透样品后，有后续的电磁透镜继续放大电子光束，最后投影在荧光屏幕上；扫描电镜的样品在电子束末端，电子源在样品上方发射的电子束，经过几级电磁透镜缩小，到达样品。
当然后续的信号探测处理系统的结构也会不同，但从基本物理原理上讲没什么实质性差别。
相同之处：都是电真空设备，使用绝大部分部件原理相同，例如电子枪，磁透镜，各种控制原理，消象散，合轴等等。
2、基本工作原理：透射电镜：电子束在穿过样品时，会和样品中的原子发生散射，样品上某一点同时穿过的电子方向是不同，这样品上的这一点在物镜1-2倍焦距之间，这些电子通过过物镜放大后重新汇聚，形成该点一个放大的实像，这个和凸透镜成像原理相同。
这里边有个反差形成机制理论比较深就不讲，但可以这么想象，如果样品内部是绝对均匀的物质，没有晶界，没有原子晶格结构，那么放大的图像也不会有任何反差，事实上这种物质不存在，所以才会有这种牛逼仪器存在的理由。
经过物镜放大的像进一步经过几级中间磁透镜的放大（具体需要几级基本上是由电子束亮度决定的，如果亮度无限大，最终由阿贝瑞利的光学仪器分辨率公式决定），最后投影在荧光屏上成像。
由于透射电镜物镜焦距很短，也因此具有很小的像差系数，所以透射电镜具有非常高的空间分辨率，0.1-0.2nm，但景深比较小，对样品表面形貌不敏感，主要观察样品内部结构。
扫描电镜：电子束到达样品，激发样品中的二次电子，二次电子被探测器接收，通过信号处理并调制显示器上一个像素发光，由于电子束斑直径是纳米级别，而显示器的像素是100微米以上，这个100微米以上像素所发出的光，就代表样品上被电子束激发的区域所发出的光。
实现样品上这个物点的放大。
如果让电子束在样品的一定区域做光栅扫描，并且从几何排列上一一对应调制显示器的像素的亮度，便实现这个样品区域的放大成像。
材料分析Microsoft Word 文档
石墨单色器：利用衍射方法过滤杂色X射线。
物相定性分析1）制备各种标准单相晶体物质的衍射花样并使之规范化，将待分析的物质的衍射花样与之对照，从而确定物质的组成相，这就是物相分析的基本原理与方法2）PDF 卡片:将物象的花样特征用d（晶面间距）和i（衍射相对强度）数据组表达并制成相应的物象衍射数据卡片监测方法分为两类：数值索引与字母索引电子衍射与X射线衍射的异同:相同点：电镜中的电子衍射的衍射几何与X射线完全一样，所以许多问题可以用与X射线衍射相类似的方法进行处理。
不同点：1）电子衍射能在同一试样上把物相的形貌观察与结构分析结合起来，若使用能谱仪，还可以和成分分析结合起来提高研究程度。
2）电子波长短，在较少的角度范围内可得到更多的稍衍射线，且从底片上的电子衍射花样可直观地辨认出一些晶体的结构和有关取向关系式，这就使对晶体几何关系的研究远较X射线衍射简单。
3）电子对物质的散射强，透射弱。
这使其适用于微晶、表面和薄膜的晶体结构研究。
且电子衍射强度大，所需时间短，方便研究。
单晶电子衍射花样表现为规则的周期重复的点阵。
多晶电子衍射花样表现为一系列的以中心斑为圆心的同心圆环透射电镜能得到哪些图像信息？明场像，暗场像（中心暗场像），衍射花样像能谱仪（EDS）与波谱仪（WDS）比较比较内容WDS EDS元素分析范围4Be－92U 4Be－92U定量分析速度慢快分辨率高（≈5eV）低（130 eV）检测极限10-2 (%) 10-1 (%)定量分析准确度高低X射线收集效率低高峰背比（WDS/EDS）10 1电子探针显微分析有以下几个特点a可进行显微结构分析b元素分析范围广(B)——铀(Ｕ)c定量分析准确度高目前微区元素定量分析最准确的仪器d不损坏试样、分析速度快e可进行微区离子迁移研究扫描电镜思考题（1）如何利用X射线进行物相的定性分析?制备各种标准单相晶体物质的衍射花样并使之规范化，将待分析的物质的衍射花样与之对照，从而确定物质的组成相，这就是物相分析的基本原理与方法（2）简述扫描电镜的成像原理。
【技术】TEMSEMEDSWDS比较
【关键字】技术透射电镜、扫描电镜和电子探针微区成分分析技术等以电子束为照明源的分析仪器，都是利用电子与物质的交互作用所产生的各种信息来揭示物质的形貌、结构和成分弹性(相干)散射：原子核的正电荷对电子的吸引作用所致，电子改变方向，能量无变化。
(相干)散射波在结晶物质中可以产生相干干涉——电子衍射。
非弹性(非相干)散射：原子核及核外电子与入射电子相互作用，有能量损失，产生连续X射线谱、特征X射线谱、俄歇电子、二次电子、阴极荧光等。
要利用TEM分析材料的显微组织，首先需要制备对电子束“透明”的样品，电子束穿透固体样品的能力，主要取决于加速电压U(电子能量E)和样品原子序数Z，一般U越高、Z越低，电子穿透的厚度越大。
对电子束聚焦成像的装置——电子透镜改变透镜电流，改变f，改变缩小倍数电磁透镜具有景深大、焦点长的特点：景深大: 观察粗糙表面很有利，立体感强。
焦点长: 对图像的观察记录带来方便. 荧光屏上清晰的像, 在荧光屏下的照相底片记录的像也是清晰的。
透射电镜主要由三部分组成：电子光学系统、真空系统、电源系统。
真空系统作用：防止电子束与气体分子碰撞而改变运动轨迹；防止灯丝(W丝)氧化；减少样品污染；防止电极间的高压放电(保证电子枪中电极间的绝缘)。
制样技术①复型技术（只能提供有关表面形貌的资料）塑料一级复型、碳一级复型、萃取复型②薄膜样品的制备（研究材料内部结构和晶体缺陷）切片、机械研磨或化学抛光、双喷电解或离子束轰击减薄③粉末样品的制备电子衍射与X射线衍射的比较电子衍射与X射线衍射在几何原理上有许多类同之处，均应用布拉格方程、倒易点阵、厄瓦尔德球及结构因子来讨论、分析衍射图像，二者所得到的晶体衍射花样在几何特征上也大致相似。
不同点：①显微图像与微区晶体结构分析相结合由于电子束可以聚焦，人们可借助借助于TEM显微图像，在缩小几十万倍的情况下，选择小至微纳米的微区或单个晶粒进行晶体结构分析。
②电子的散射比X射线大物质对电子的散射比对X射线大得多(10 ~10倍)，因此电子在物质中的穿透深度比X射线小得多，参与衍射的仅为表面的几十个原子层，故特别适用于表面和薄膜的晶体结构研究。
扫描电镜SEM&透射电镜TEM简介
扫描电镜SEM&透射电镜TEM简介1. 光学显微镜以可见光为介质，电子显微镜以电子束为介质，由于电子束波长远较可见光小，故电子显微镜分辨率远比光学显微镜高。
光学显微镜放大倍率最高只有约1500倍，扫描式显微镜可放大到10000倍以上。
2. 根据de Broglie波动理论，电子的波长仅与加速电压有关：λe=h / mv= h / (2qmV)1/2=12.2 / (V)1/2 (Å)在 10 KV 的加速电压之下，电子的波长仅为0.12Å，远低于可见光的4000 - 7000Å，所以电子显微镜分辨率自然比光学显微镜优越许多，但是扫描式电子显微镜的电子束直径大多在50-100Å之间，电子与原子核的弹性散射 (Elastic Scattering) 与非弹性散射(Inelastic Scattering) 的反应体积又会比原有的电子束直径增大，因此一般穿透式电子显微镜的分辨率比扫描式电子显微镜高。
3. 扫描式显微镜有一重要特色是具有超大的景深(depth of field)，约为光学显微镜的300倍，使得扫描式显微镜比光学显微镜更适合观察表面起伏程度较大的样品。
4. 扫描式电子显微镜，其系统设计由上而下，由电子枪 (Electron Gun) 发射电子束，经过一组磁透镜聚焦 (Condenser Lens) 聚焦后，用遮蔽孔径 (Condenser Aperture) 选择电子束的尺寸(Beam Size)后，通过一组控制电子束的扫描线圈，再透过物镜 (Objective Lens) 聚焦，打在样品上，在样品的上侧装有讯号接收器，用以择取二次电子 (Secondary Electron) 或背向散射电子 (Backscattered Electron) 成像。
5. 电子枪的必要特性是亮度要高、电子能量散布 (Energy Spread) 要小，目前常用的种类计有三种，钨(W)灯丝、六硼化镧(LaB6)灯丝、场发射 (Field Emission)，不同的灯丝在电子源大小、电流量、电流稳定度及电子源寿命等均有差异。
扫描电镜和透射电镜的区别
扫描电镜和透射电镜的区别发布者：飞纳电镜电子显微镜已经成为表征各种材料的有力工具。
它的多功能性和极高的空间分辨率使其成为许多应用中非常有价值的工具。
其中，两种主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）。
在这篇博客中，将简要描述他们的相似点和不同点。
扫描电镜和透射电镜的工作原理从相似点开始,这两种设备都使用电子来获取样品的图像。
他们的主要组成部分是相同的;∙电子源;∙电磁和静电透镜控制电子束的形状和轨迹;∙光阑。
所有这些组件都存在于高真空中。
现在转向这两种设备的差异性。
扫描电镜（SEM）使用一组特定的线圈以光栅样式扫描样品并收集散射的电子（详细了解SEM中检测到的不同类型的电子）。
而透射电镜（TEM）是使用透射电子，收集透过样品的电子。
因此，透射电镜（TEM）提供了样品的内部结构，如晶体结构，形态和应力状态信息，而扫描电镜（SEM）则提供了样品表面及其组成的信息。
而且，这两种设备最明显的差别之一是它们可以达到的最佳空间分辨率;扫描电镜（SEM）的分辨率被限制在〜0.5nm，而随着最近在球差校正透射电镜（TEM）中的发展，已经报道了其空间分辨率甚至小于50pm。
哪种电子显微镜技术最适合操作员进行分析？这完全取决于操作员想要执行的分析类型。
例如，如果操作员想获取样品的表面信息，如粗糙度或污染物检测，则应选择扫描电镜（SEM）。
另一方面，如果操作员想知道样品的晶体结构是什么，或者想寻找可能存在的结构缺陷或杂质，那么使用透射电镜（TEM）是唯一的方法。
扫描电镜（SEM）提供样品表面的3D图像，而透射电镜（TEM）图像是样品的2D投影，这在某些情况下使操作员对结果的解释更加困难。
由于透射电子的要求，透射电镜（TEM）的样品必须非常薄，通常低于150nm，并且在需要高分辨率成像的情况下，甚至需要低于30nm，而对于扫描电镜（SEM）成像，没有这样的特定要求。
这揭示了这两种设备之间的另一个主要差别：样品制备。
透射电镜与扫描电镜分析
透射电镜与扫描电镜分析张保林;弋楠;朱蓉英;梁松溢【摘要】文章简要介绍了透射电镜和扫描电镜两种当前主要的电子显微分析方法的应用，比较了它们的结构和工作原理，讨论了各自的应用范围以及发展方向，指出将两者有机结合可以得到比较全面的材料分析结果。
%This paper brielfy introduced the main application of two kinds of current electron microscopy analysis methods of the transmission electron microscope and scanning electron microscopy, comparing their structures and working principles, discussing their application areas and development directions, pointing out that the combination of the two can get more comprehensive results of material analysis.【期刊名称】《无线互联科技》【年(卷),期】2016(000)023【总页数】2页(P25-26)【关键词】透射电镜;扫描电镜;电子显微分析方法【作者】张保林;弋楠;朱蓉英;梁松溢【作者单位】陕西工业职业技术学院材料工程学院，陕西咸阳 712000;陕西工业职业技术学院材料工程学院，陕西咸阳 712000;陕西工业职业技术学院材料工程学院，陕西咸阳 712000;陕西工业职业技术学院材料工程学院，陕西咸阳712000【正文语种】中文现如今，具有高分辨率的透射电子显微镜（Transmission Electron Microscope，TEM）和扫描电镜（Search Engine Marketing，SEM）在材料分析研究中的应用日趋广泛，已经成为现代实验室中一种不可或缺的研究晶体结构和化学成分的综合仪器。
扫描电镜(SEM)和透射电镜(TEM)
摘要：简要介绍了扫描电镜（SEM）和透射电镜（TEM）两种当前主要的电子显微分析工具在存储器器件分析过程中的应用，讨论了它们各自的适用范围以及测量精度，指出两者的有机结合可以得到比较全面的分析结果。
关键词：扫描电子显微镜；透射电子显微镜；栅氧化层中图分类号：TN16；TP333. 5 文献标识码： A 文章编号：1003-353X(2004)05-0068-041 引言在半导体制造过程中，为了对质量进行监控或者进行可靠性分析，需要对集成电路芯片的形貌进行剖析。
半导体存储器的分析是IC芯片分析中一个有代表性的例子。
由于存储器是规则结构，每个存储单元的电路和版图都是完全重复一致的，比较容易设计，因而它一般都是作为先进工艺技术开发的先导产品。
存储器的分析研究对集成电路的技术发展起着重要的作用。
存储器器件的显微分析最初使用的工具是光学显微镜，其过低的分辨率已经不适应当代超大规模集成电路的分析需求，扫描电子显微镜（SEM）已成为器件结构分析的重要手段。
但是现代半导体制造工艺正在飞速发展，深亚微米器件已经投入量产，器件的薄膜厚度最薄只有几个纳米。
对于这些器件的分析，必须采用更高分辨率的显微镜来观察，于是透射电子显微镜（TEM）[1]越来越多地参与到存储器器件的制造和分析过程。
这两种电镜分析构成了当今电子显微分析的主要手段。
2 制样电子显微分析的对象一般是芯片的某个特定部位以及它的周围区域，因此需要对检测的半导体芯片进行预处理，从而制备出可以观察的样品。
在存储器器件结构分析和集成电路工艺诊断中，常用的观察范围是与IC芯片表面正交的截面（垂直剖面），因为垂直剖面可提供各工艺层间的相互关系和由边缘和接触所产生的台阶形状的信息。
SEM制样对样品的厚度没有特殊要求，可以采用切、磨、抛光或解理等方法将特定剖面呈现出来，从而转化为可以观察的表面。
这样的表面如果直接观察，看到的只有表面加工损伤，一般要利用不同的化学溶液进行择优腐蚀，才能产生有利于观察的衬度。
扫描电镜与透射电镜原理异同点
扫描电镜与透射电镜原理异同点1、扫描电子显微镜与透射电子显微镜异同。
扫描电子显微镜原理：其工作原理从电子枪中发射出的电子束，受到阳极高压加速射向镜筒，经过聚光镜聚焦，在样品表面形成一个具有一定能量、强度、斑点直径的电子束。
在扫描线圈的磁场作用下，入射电子束在样品表面上按照一定的空间和时间顺序做光栅式逐点扫描。
在样品表面激发出次级电子，次级电子由探测体收集，并在那里被闪烁器转变为光信号，再经光电倍增管和放大器转变为电信号来控制荧光屏上电子束的强度，显示出与电子束同步的扫描图像。
试样表面信号强度与显像管荧光屏亮度一一对应。
次级电子的多少与电子束入射角有关，也就是说与样品的表面结构有关。
图像为立体形象，反映了标本的表面结构。
为了使标本表面发射出次级电子，标本在固定、脱水后，要喷涂上一层重金属微粒，重金属在电子束的轰击下发出次级电子信号。
透射电子显微镜原理：电子枪经过加热或者在强电场作用下发射出电子束，经过聚光镜汇聚到待测样品的某一区域。
透过样品的电子强度分布与样品的组织结构一一对应。
荧光屏将电子强度分布转换为人肉眼可见的光强分布。
由于物体上不同部位的结构不同，它们散射电子的能力也各不相同，结果使透过样品的电子束发生疏密的差别，在散射电子能力强的地方，透过去的电子数目少，因而打在荧光屏上所发出的光就弱，显现为暗区；而散射电子能力弱的地方，透过的电子数目多，打在荧光屏上所发出的光就强，显现为亮区，这样，便在终像上造成了有亮有暗的区域，因而出现了反差，人眼就可以辨别。
区别：（1）利用的电子种类不同。
任何一个物体都是由原子组成的，原子则是由原子核与轨道电子组成的。
当电子束照射到样品上的时候，一部分电子能从原子与原子之间的空隙中穿透过去，其余的电子有一部分会与原子核或原子的轨道电子发生碰撞被散射开来；一部分电子从样品表面被反射出来；还有一些电子是被样品吸收以后，样品激化而又从样品本身反射出来等。
透射电子显微镜收集的是透过样品的电子，扫描电子显微镜是把从样品表面反射出来的电子收集起来并使它们成像。
第8部分 扫描电镜及透射电镜
电镜与光镜的比较
信息载体的差异 ： 电子束 —— 可见光 透镜本质的差异 ： 电磁透镜 —— 玻璃透镜 工作条件的差异 ： 真空、水冷、高电压 — — 一般环境 放大率的差别 ： 100万 × —— 1000 × 分辨率的差别 ： 0.2 nm—— 0.2 μm 显像与观察方式的不同 ： 间接（荧光 屏）—— 直接（镜筒）
分辨率
—— 设某成像装置所能区分 开两点（或两条线）之间的最小距离为 δ ， 则这一成像装置的最佳分辨率 d 即为 δ 。 分辨率 d 是衡量成像仪器的重要指标，也 是各种因素的综合参数指征。 人眼睛的分辨率一般不高于 0.2 mm ( d ≈ 0.2mm )
分辨率的定义
影响分辨率的主要因素
电镜的诞生与发展
1923 —— Louis De Broglie 指出：光、电子、质 子均有波、粒二象性， 电子束可以代替光波成像 1926 —— H. Busch 提出：“轴对称磁场对电子束 起透镜作用” 1932 —— 德国 Knollhe 和 Ruska 制成第一台 12 ×透射式电镜 1940 —— 英国剑桥大学制成第一台扫描式电镜 50年代末期起，我国也开始研制并生产电镜 80年代中期，我国开始引进生产国外高性能电镜
电子显微镜的分类与应用
透射扫描式电子显微镜 （TSEM） —— 以 不电磁场透镜的电子束，形成放 大影像。 扫描隧道式电子显微镜 （STEM） —— 用 纳米级直径的金属探针、以极其接近的 距离 在样品表面上，做连续扫描运动，将隧道效 应 产生的微弱电流检测出来，并 处理成影像 信息以供显示。
放大倍率 M 与分辨率 d 的关系
放大倍率 M = 像长 / 物长 但必须保证在一定成像质量的前提下才 有意义 有效放大倍率 M = d（人眼）/ d（仪 器） —— 即，相对于人眼睛的分辨率， 仪器所能提高分辨率的倍率 光镜 M = d（人眼）/ d（光镜 ）= 0.2 mm / 0.2 μm = 1000 × 电镜 M = d（人眼）/ d（电镜 ）= 0.2 mm / 0.2 nm = 100万 ×
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七、阴极荧光
入射电子束轰击发光材料表面时，从样品中激
发出来的可见光或红外光。
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八、感应电动势
入射电子束照射半导体器件的 PN结时，将产生
由于电子束照射而引起的电动势.。
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上述信息，可以采用不同的检测仪器，将其转
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五、俄歇电子
从距样品表面几个 Å深度范围内发射的并具有
特征能量的二次电子，能量在50～1500eV之间。 俄歇电子信号适用于表面化学成份分析。
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六、特征X射线
样品中原子受入射电子激发后，在能级跃迁过
程中直接释放的具有特征能量和波长的一种电 磁波辐射，其发射深度为0.5~5m范围。
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第三节 主要性能指标
分辨本领与景深 放大倍数及有效放大倍数 主要仪器
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一、分辨本领与景深
扫描电镜的分辨本领有两重含义：
对于微区成份分析而言，它是指能分析的最小区域； 对于成象而言，它是指能分辨两点之间的最小距离。
两者主要取决于入射电子束的直径，但并不等于直 径，因为入射电子束与试样相互作用会使入射电子 束在试样内的有效激发范围大大超过入射束的直径， 如图。入射电子激发试样内各种信号的发射范围不 同，因此各种信号成象的分辨本领不同（如下表）。
背散射电子检测器的工作原理如图。A和B表示
一对半导体硅检测器，将二者收集到的信号进 行处理：
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扫描电镜和透射电镜的异同化学化工学院 15级应用化学 1032011523043 张文强通俗的说扫描电镜是相当与对物体的照相得到的是表面的只是表面的立体三维的图象因为扫描的原理是“感知”那些物提被电子束攻击后发出的此级电子而透射电竟就相当于普通显微镜只是用波长更短的电子束替代了会发生衍射的可见光从而实现了显微是二维的图象会看到表面的图象的同时也看到内层物质就想我们拍的X光片似的内脏骨骼什么的都重叠着显现出来总结就是透射虽然能看见内部但是不立体扫描立体但是不能看见内部只局限与表面最后写论文的时候就用了扫描电镜的图，你说看主要做形貌，凡是需要看物质表面形貌的，都可以用扫描电镜，不过要要注意扫描电镜目前分辨率，看看能否达到实验要求。
两种测试手段的适用情况凡是需要看物质表面形貌的，都可以用扫描电镜，不过最好的扫描电镜目前分辨率在0.5~1nm左右。
如果需要进一步观察表面形貌，需要使用扫描探针显微镜SPM（AFM，STM).如果需要对物质内部晶体或者原子结构进行了解，需要使用TEM. 例如钢铁材料的晶格缺陷,细胞内部的组织变化。
当然很多时候对于nm 材料的形搜索态也使用TEM观察。
区别扫描电镜观察的是样品表面的形态，而透射电镜是观察样品结构形态的。
一般情况下，透射电镜放大倍数更大，真空要求也更高。
扫描电镜可以看比较“大”的样品，最大可以达到直径200mm以上，高度80mm左右，而透射电镜的样品只能放在直径3mm 左右的铜网上进行观察。
一、分析信号(1)扫描电镜扫描电子显微镜的制造是依据电子与物质的相互作用。
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，以及在可见、紫外、红外光区域产生的电磁辐射。
同时，也可产生电子-空穴对、晶格振动（声子）、电子振荡（等离子体）。
原则上讲，利用电子和物质的相互作用，可以获取被测样品本身的各种物理、化学性质的信息，如形貌、组成、晶体结构、电子结构和内部电场或磁场等等。
扫描电子显微镜正是根据上述不同信息产生的机理，采用不同的信息检测器，使选择检测得以实现。
如对二次电子、背散射电子的采集，可得到有关物质微观形貌的信息；对X射线的采集，可得到物质化学成分的信息。
(2)透射电镜根据德布罗意（De Broglie,20世纪法国科学家）提出的运动的微观粒子具有波粒二象性的观点，电子束流也具有波动性，而且电子波的波长比可见光要短得多（例如200千伏加速电压下电子波波长为0.00251纳米），显然，如果用电子束作光源制成的显微镜将具有比光学显微镜高得多的分辨能力。
更重要的是，由于电子在电场中会受到电场力运动，以及运动的电子在磁场中会受到洛伦兹力的作用而发生偏转，这使得使用科学手段使电子束聚焦和成像成为可能。
二、结构(1)扫描电镜1．镜筒镜筒包括电子枪、聚光镜、物镜及扫描系统。
其作用是产生很细的电子束直径约几个(nm)，并且使该电子束在样品表面扫描，同时激发出各种信号。
2．电子信号的收集与处理系统在样品室中，扫描电子束与样品发生相互作用后产生多种信号，其中包括二次电子、背散射电子、X射线、吸收电子、俄歇(Auger)电子等。
在上述信号中，最主要的是二次电子，它是被入射电子所激发出来的样品原子中的外层电子，产生于样品表面以下几nm至几十nm的区域，其产生率主要取决于样品的形貌和成分。
通常所说的扫描电镜像指的就是二次电子像，它是研究样品表面形貌的最有用的电子信号。
检测二次电子的检测器的探头是一个闪烁体，当电子打到闪烁体上时，就在其中产生光，这种光被光导管传送到光电倍增管，光信号即被转变成电流信号，再经前置放大及视频放大，电流信号转变成电压信号，最后被送到显像管的栅极。
3．电子信号的显示与记录系统扫描电镜的图象显示在阴极射线管(显像管)上，并由照相机拍照记录。
显像管有两个，一个用来观察，分辨率较低，是长余辉的管子；另一个用来照相记录，分辨率较高，是短余辉的管子4．真空系统及电源系统扫描电镜的真空系统由机械泵与油扩散泵组成，其作用是使镜筒内达到10的真空度。
电源系统供给各部件所需的特定的电源。
(2)透射电镜1．电子光学部分整个电子光学部分完全置于镜筒之内，自上而下顺序排列着电子枪、聚光镜、样品室、物镜、中间镜、投影镜、观察室、荧光屏、照相机构等装置。
根据这些装置的功能不同又可将电子光学部分分为照明系统、样品室、成像系统及图像观察和记录系统。
(1)照明系统照明系统由电子枪、聚光镜和相应的平移对中及倾斜调节装置组成。
它的作用是为成像系统提供一束亮度高、相干性好的照明光源。
为满足暗场成像的需要照明电子束可在2-3度范围内倾斜。
①电子枪它由阴极、栅极和阳极构成。
在真空中通电加热后使从阴极发射的电子获得较高的动能形成定向高速电子流。
②聚光镜聚光镜的作用是会聚从电子枪发射出来的电子束，控制照明孔径角、电流密度和光斑尺寸。
(2)样品室样品室中有样品杆、样品杯及样品台。
(3)成像系统成像系统一般由物镜、中间镜和投影镜组成。
物镜的分辨本领决定了电镜的分辨本领，中间镜和投影镜的作用是将来自物镜的图像进一步放大。
(4)图像观察与记录系统该系统由荧光屏、照相机、数据显示等组成。
2．真空系统真空系统由机械泵、油扩散泵、换向阀门、真空测量仪奉及真空管道组成。
它的作用是排除镜筒内气体，使镜筒真空度至少要在托以上。
如果真空度低的话，电子与气体分子之间的碰撞引起散射而影响衬度，还会使电子栅极与阳极间高压电离导致极间放电，残余的气体还会腐蚀灯丝，污染样品。
3．供电控制系统加速电压和透镜磁电流不稳定将会产生严重的色差及降低电镜的分辨本领，所以加速电压和透镜电流的稳定度是衡量电镜性能好坏的一个重要标准。
透射电镜的电路主要由高压直流电源、透镜励磁电源、偏转器线圈电源、电子枪灯丝加热电源，以及真空系统控制电路、真空泵电源、照相驱动装置及自动曝光电路等部分组成。
另外，许多高性能的电镜上还装备有扫描附件、能谱议、电子能量损失谱等仪器。
三、功能(1)扫描电镜1、扫描电镜追求固体物质高分辨的形貌，形态图像（二次电子探测器SEI)-形貌分析(表面几何形态，形状，尺寸）2、显示化学成分的空间变化，基于化学成分的相鉴定---化学成分像分布，微区化学成分分析1)用x射线能谱仪或波谱（EDS or WDS）采集特征X射线信号，生成与样品形貌相对应的，元素面分布图或者进行定点化学成分定性定量分析，相鉴定。
2)利用背散射电子(BSE）基于平均原子序数(一般和相对密度相关）反差，生成化学成分相的分布图像；3)利用阴极荧光，基于某些痕量元素（如过渡金属元素，稀土元素等）受电子束激发的光强反差，生成的痕量元素分布图像。
4)利用样品电流，基于平均原子序数反差，生成的化学成分相的分布图像，该图像与背散射电子图像亮暗相反。
5)利用俄歇电子，对样品物质表面1nm表层进行化学元素分布的定性定理分析。
3、在半导体器件（IC)研究中的特殊应用：1）利用电子束感生电流EBIC进行成像，可以用来进行集成电路中pn结的定位和损伤研究2）利用样品电流成像，结果可显示电路中金属层的开、短路，因此电阻衬度像经常用来检查金属布线层、多晶连线层、金属到硅的测试图形和薄膜电阻的导电形式。
3）利用二次电子电位反差像，反映了样品表面的电位，从它上面可以看出样品表面各处电位的高低及分布情况，特别是对于器件的隐开路或隐短路部位的确定尤为方便。
4、利用背散射电子衍射信号对样品物质进行晶体结构（原子在晶体中的排列方式），晶体取向分布分析，基于晶体结构的相鉴定。
(2)透射电镜早期的透射电子显微镜功能主要是观察样品形貌，后来发展到可以通过电子衍射原位分析样品的晶体结构。
具有能将形貌和晶体结构原位观察的两个功能是其它结构分析仪器（如光镜和X射线衍射仪）所不具备的。
透射电子显微镜增加附件后，其功能可以从原来的样品内部组织形貌观察（TEM）、原位的电子衍射分析（Diff），发展到还可以进行原位的成分分析（能谱仪EDS、特征能量损失谱EELS）、表面形貌观察（二次电子像SED、背散射电子像BED）和透射扫描像（STEM）。
结合样品台设计成高温台、低温台和拉伸台，透射电子显微镜还可以在加热状态、低温冷却状态和拉伸状态下观察样品动态的组织结构、成分的变化，使得透射电子显微镜的功能进一步的拓宽。
透射电子显微镜功能的拓宽意味着一台仪器在不更换样品的情况下可以进行多种分析，尤其是可以针对同一微区位置进行形貌、晶体结构、成分（价态）的全面分析。
四、衬度原理(1)扫描电镜1、质厚衬度质厚衬度是非晶体样品衬度的主要来源。
样品不同微区存在原子序数和厚度的差异形成的。
来源于电子的非相干散射，Z越高，产生散射的比例越大；d增加，将发生更多的散射。
不同微区Z和d的差异，使进入物镜光阑并聚焦于像平面的散射电子I有差别，形成像的衬度。
Z较高、样品较厚区域在屏上显示为较暗区域。
图像上的衬度变化反映了样品相应区域的原子序数和厚度的变化。
质厚衬度受物镜光阑孔径和加速V的影响。
选择大孔径（较多散射电子参与成像），图像亮度增加，散射与非散射区域间的衬度降低。
选择低电压（较多电子散射到光阑孔径外），衬度提高，亮度降低。
支持膜法和萃取复型，质厚衬度图像比较直观。
2、衍射衬度衍射衬度是来源于晶体试样各部分满足布拉格反射条件不同和结构振幅的差异。
例如电压一定时，入射束强度是一定的，假为L，衍射束强度为ID。
在忽略吸收的情况下，透射束为L-ID。
这样如果只让透射束通过物镜光阑成像，那么就会由于样品中各晶面或强衍射或弱衍射或不衍射，导致透射束相应强度的变化，从而在荧光屏上形成衬度。
形成衬度的过程中，起决定作用的是晶体对电子束的衍射。
（2）透射电镜晶体结构可以通过高分辨率透射电子显微镜来研究，这种技术也被称为相衬显微技术。
当使用场发射电子源的时候，观测图像通过由电子与样品相互作用导致的电子波相位的差别重构得出。
然而由于图像还依赖于射在屏幕上的电子的数量，对相衬图像的识别更加复杂。
非晶样品透射电子显微图象衬度是由于样品不同微区间存在的原子序数或厚度的差异而形成的，即质量厚度衬度（质量厚度定义为试样下表面单位面积以上柱体中的质量），也叫质厚衬度。
质厚衬度适用于对复型膜试样电子图象作出解释。
质量厚度数值较大的，对电子的吸收散射作用强，使电子散射到光栏以外的要多，对应较安的衬度。
质量厚度数值小的，对应较亮的衬度。
五、对样品要求(1)扫描电镜SEM制样对样品的厚度没有特殊要求，可以采用切、磨、抛光或解理等方法将特定剖面呈现出来，从而转化为可以观察的表面。
这样的表面如果直接观察，看到的只有表面加工损伤，一般要利用不同的化学溶液进行择优腐蚀，才能产生有利于观察的衬度。