金鉴李工：从3个不同角度读懂SEM和TEM的区别

一、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，电子源从试样上面发出的电子束经数级电磁透镜收缩后抵达试样。当然，后续信号探测和处理系统结构会有所不同，但是在基本物理原理方面并没有太多本质的区别。

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。

二、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。这里边有一种反差形成机制的理论更深入不说了，但是你可以这样想，假如样品里面是一种绝对均匀、无晶界、无原子晶格结构的材料，然后放大后的影像就没有什么对比了，其实这个材料是没有的，于是就有了这个牛逼仪器的原因。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。若使电子束对试样某一区域进行光栅扫描并由几何排列对显示器像素亮度进行逐一调制，则该试样区域被放大成像。特定图像反差的形成机理就不谈了。由于扫描电镜观察到的试样表面非常粗糙，通常需要很大的工作距离，因此需要扫描电镜物镜焦距相对较长且对应相差系数也大，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。通过透射电镜，我们可以看到电子光成像，而扫描电镜则无法用电子光路进行想象。

三、样品制备：

TEM：电子传输能力较弱。透射电子显微镜通常采用几百千伏的高能电子束，但仍需将样品研磨或将离子或超薄切片稀释至微纳米级的厚度，这是最基本的要求。

扫描电镜：几乎没有样品制备，只能直接观察。大部分非导体需要制作导电膜。大多数情况下，可以在几分钟内完成。对含水生物样品，必须进行固定、脱水和干燥，不得变形。这是一件更麻烦的事情。它们需要经过几天的自然干燥。

两者对样品都有共同的要求：固体，尽量干燥，尽量无油污，外形尺寸满足样品室的尺寸要求。

关于SEM和TEM，今天就分享到这里。