SEM和TEM区别

做科研就绕不开SEM电镜和TEM电镜，现在我们从三个角度解析下它们的区别

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。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。

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。

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。具体图像反差形成机制不讲。由于

扫描电镜所观察的样品表面很粗糙，一般要求较大工作距离，这就要

求扫描电镜物镜的焦距比较长，相应的相差系数较大，造成最小束斑

尺寸下的亮度限制，系统的空间分辨率一般比透射电镜低得多1-3纳

米。但因为物镜焦距较长，图像景深比透射电镜高的多，主要用于样

品表面形貌的观察，无法从表面揭示内部结构，除非破坏样品，例如

聚焦离子束电子束扫描电镜FIB-SEM,可以层层观察内部结构。

透射电镜和扫描电镜二者成像原理上根本不同。透射电镜成像轰

击在荧光屏上的电子是那些穿过样品的电子束中的电子，而扫描电镜

成像的二次电子信号脉冲只作为传统CTR显示器上调制CRT三极电子

枪栅极的信号而已。透射电镜我们可以说是看到了电子光成像，而扫

描电镜根本无法用电子光路成像来想象。

3，  样品制备：

TEM:电子的穿透能力很弱，透射电镜往往使用几百千伏的高能量

电子束，但依然需要把样品磨制或者离子减薄或者超薄切片到微纳米

量级厚度，这是最基本要求。

SEM: 几乎不用制样，直接观察。大多数非导体需要制作导电膜，

绝大多数几分钟的搞定，含水的生物样品需要固定脱水干燥，又要求

不变形，比较麻烦，自然干燥还要晒几天吧。

二者对样品共同要求：固体，尽量干燥，尽量没有油污染，外形

尺寸符合样品室大小要求。

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