Сканирующий электронный микроскоп и просвечивающий электронный микроскоп — это два широко используемых типа электронных микроскопов, которые существенно различаются по принципу формирования изображения, конструкции, функциональным возможностям и требованиям к образцам. Далее мы подробно рассмотрим эти различия с указанных аспектов.

I. Различия в принципах формирования изображения

Изображение в сканирующем электронном микроскопе формируется на основе взаимодействия электронов с поверхностью образца. При облучении поверхности образца пучком высокоэнергетических электронов возникают сигналы, такие как вторичные электроны, обратнорассеянные электроны и характеристические рентгеновские лучи. Сбор этих сигналов позволяет получить информацию о морфологии поверхности образца, его химическом составе и других свойствах. В основном сканирующий электронный микроскоп использует изображение, полученное за счёт вторичных электронов, для получения высокоразрешённых морфологических изображений поверхности образца.

Формирование изображения в трансмиссионном электронном микроскопе основывается на рассеянии и дифракции пучка электронов, проходящего через сверхтонкий образец. После взаимодействия с образцом электроны несут информацию о его внутренней структуре; с помощью электромагнитных линз можно наблюдать микроструктуру и кристаллическую решётку внутри образца. Изображение в трансмиссионном электронном микроскопе получают за счёт дифракционной контрастности и фазовой контрастности.

II. Различия в структурном составе

Сканирующий электронный микроскоп в основном состоит из электронной пушки, электромагнитных линз, сканирующих катушек и детектора. Электронная пушка генерирует электронный пучок, электромагнитные линзы фокусируют этот пучок до наноразмеров, сканирующие катушки управляют сканированием пучка по поверхности образца, а детектор регистрирует сигналы, испускаемые образцом, и преобразует их в изображение.

Трансмиссионный электронный микроскоп в основном состоит из электронной пушки, электромагнитных линз, образцовой камеры, системы формирования изображения и системы регистрации. Электронная пушка генерирует электронный пучок; электромагнитные линзы фокусируют этот пучок и направляют его на образец; проходя через образец, электроны формируют изображение, которое затем отображается на люминесцентном экране в виде увеличенного изображения образца.

III. Различия в функциональном применении

Сканирующий электронный микроскоп в основном используется для изучения микроструктуры поверхности образцов и получения информации о их химическом составе. Он широко применяется в таких областях, как характеристика материалов, анализ причин отказов и контроль полупроводниковых приборов. Например, с его помощью исследуют морфологию излома материалов, размер зерен, распределение выделений и другие параметры, а также выявляют дефекты интегральных схем.

Трансмиссионный электронный микроскоп позволяет не только визуализировать внутреннюю морфологию образца, но и анализировать его кристаллическую структуру, дефекты, химический состав и валентные состояния. Он находит важное применение в таких областях, как наноматериалы, минералогия и петрология, а также биомедицина. Например, с его помощью осуществляется определение размеров, морфологии и структуры наночастиц, изучение фазовых превращений, дислокаций и интерфейсных структур материалов, а также анализ формы биомолекул.

IV. Различия в подготовке образцов

Подготовка образцов к исследованию на сканирующем электронном микроскопе относительно проста. Поверхность образца должна быть проводящей; если образец непроводящий, его необходимо покрыть проводящим слоем. Для крупных образцов их можно разместить непосредственно на образцетвердителе для наблюдения. Однако для изучения специфических срезов требуется предварительная обработка — резка, шлифование и полировка, а также химическое травление.

Трансмиссионный электронный микроскоп предъявляет строгие требования к толщине образца — как правило, она должна быть менее 100 нанометров. Подготовка трансмиссионных образцов включает сложные этапы: нарезку, шлифовку и утончение; при этом обычно применяют механическое, химическое или ионное утончение. Качество утончения образца напрямую влияет на качество изображения. Кроме того, необходимо точно позиционировать область наблюдения, что ставит ещё более высокие требования к подготовке образцов для ТЭМ.

V. Различия в изображённой информации

Сканирующая электронная микроскопия позволяет получать изображения рельефа поверхности образца с высоким разрешением, достигающим нанометрового уровня. С помощью изображений вторичных электронов можно визуализировать микроструктурные особенности поверхности, такие как неровности, поры и трещины. Изображения обратнорассеянных электронов предоставляют информацию, связанную с химическим составом, что делает их пригодными для фазового анализа. Рентгеновский спектральный анализ обеспечивает качественный и количественный состав образца.

Трансмиссионный электронный микроскоп позволяет получать обширную информацию о внутренней морфологии образца, его кристаллической структуре, дефектах и других характеристиках. С помощью изображений в светлом и тёмном поле можно исследовать микроструктуру образца — зерна, субзерна, дислокации, выделения и т. п. Селективная электронная дифракция позволяет анализировать кристаллическую структуру и ориентацию образца. Изображения высокого разрешения позволяют визуализировать структурные особенности на атомарном уровне. В сочетании со спектрометрами энергии и спектрометрами потерь энергии электронов можно также определять химический состав и валентное состояние образца.

Сканирующий электронный микроскоп и просвечивающий электронный микроскоп существенно различаются по принципу формирования изображения, структуре и составу, функциональным возможностям, подготовке образцов и характеру получаемой информации. Сканирующий электронный микроскоп преимущественно используется для наблюдения морфологии поверхности образца и анализа её химического состава; подготовка образцов относительно проста, а область его применения весьма широка. Просвечивающий электронный микроскоп позволяет исследовать внутреннюю структуру образца, получать кристаллографическую и химическую информацию; при этом подготовка образцов требует высоких усилий и точности, а сам микроскоп применяется главным образом в области наноматериалов и высокоразрешённой визуализации.

В практической научной работе сканирующую электронную микроскопию и просвечивающую электронную микроскопию часто применяют в сочетании, осуществляя характеристику образцов с разных точек зрения. Сканирующая электронная микроскопия предоставляет информацию о поверхности материала, тогда как просвечивающая электронная микроскопия раскрывает его внутреннюю структуру; эти методы взаимно дополняют друг друга, обеспечивая мощный инструмент для изучения микроструктуры материалов. По мере дальнейшего развития электронной микроскопии появление таких новых типов микроскопов, как сканирующе‑просвечивающая электронная микроскопия и экологическая сканирующая электронная микроскопия, ещё более расширило область их применения, открыв новые возможности для научных исследований.

Термостатический сканирующий электронный микроскоп серии ZEM компании ZEPTOOLS

Компания «Аньхой Цзэюй Технологии» — это научно‑инструментальная фирма, обладающая полностью самостоятельными правами интеллектуальной собственности. С начала 1990‑х годов, когда она приступила к разработке электронных микроскопов и сопутствующего оборудования, её исследовательская команда неизменно стремится предоставлять высококачественные приборы для нанонаучных исследований. В настоящее время компания располагает в том числе… Пико Фемто Серия Система измерений в режиме in situ с использованием ТЭМ 、 Система измерений СЭМ в нативном состоянии 、 Настольный сканирующий электронный микроскоп серии ZEM 、 Ступенчатый измеритель серии JS 、 Нано‑пьезо‑столик 、 Станок для переноса двумерных материалов 、 Пробоночная платформа и низкотемпературная система 、 Линейка с дифракционной решёткой Ряд продуктовых линеек, включая …, пользуются широким признанием как на внутреннем, так и на международном рынках, заполняя многочисленные пробелы в отечественной сфере научно‑точных измерительных приборов.