从五大角度分析SEM和TEM的区别

扫描电镜与透射电镜的区别：扫描电镜（SEM）和透射电镜（TEM）是两种常用的电子显微镜，它们在观察样品的表面和内部结构方面各有特点。以下是对这两种显微镜的详细比较：

一、成像原理

1. 扫描电镜（SEM）：SEM主要通过电子束与样品表面相互作用产生的信号来成像。当高能电子束轰击样品表面时，会产生二次电子、背散射电子、特征X射线等信号。这些信号被探测器收集并转换成图像，从而展示样品的表面形貌和成分。

2. 透射电镜（TEM）：TEM利用电子束穿过样品，通过样品内部结构对电子束的衍射和散射来成像。电子束的波长比可见光短得多，因此TEM具有更高的分辨能力。TEM成像依赖于样品内部的电子密度差异，能够观察到样品的内部结构。

二、结构组成

1. 扫描电镜（SEM）

镜筒：包括电子枪、聚光镜、物镜及扫描系统，用于产生并控制电子束在样品表面的扫描。

电子信号的收集与处理系统：收集样品表面激发的各种信号，如二次电子、背散射电子等。

电子信号的显示与记录系统：将信号转换为图像，显示在阴极射线管上，并可通过照相机记录。

真空系统及电源系统：确保镜筒内达到高真空度，提供稳定的电源。

2. 透射电镜（TEM） 

电子光学部分：包括电子枪、聚光镜、样品室、物镜、中间镜、投影镜等，用于控制电子束的路径和成像。

真空系统：排除镜筒内气体，确保高真空度。

供电控制系统：稳定提供加速电压和透镜磁电流，保证成像质量。

三、功能对比

1. 扫描电镜（SEM）

形貌分析：通过二次电子探测器获取样品表面的形貌图像。

化学成分分析：利用X射线能谱仪或波谱分析样品的化学成分。

晶体结构分析：通过背散射电子衍射信号分析样品的晶体结构。

特殊应用：在半导体器件研究中，SEM可用于集成电路的pn结定位和损伤研究。

2. 透射电镜（TEM）

形貌观察：观察样品内部的组织形貌。

晶体结构分析：利用电子衍射对样品晶体结构进行原位分析。

成分分析：通过能谱仪（EDS）和特征能量损失谱（EELS）进行原位的成分分析。

动态观察：结合高温台、低温台和拉伸台，观察样品在不同状态下的动态组织结构。

四、衬度原理

1.扫描电镜（SEM）

质厚衬度：由样品不同微区的原子序数和厚度差异形成。

衍射衬度：由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形成。

2. 透射电镜（TEM）

质量厚度衬度：由样品不同微区间的原子序数或厚度差异形成。

五、样品要求

1. 扫描电镜（SEM）：样品厚度无严格要求，可通过切、磨、抛光等方法制备表面。

2. 透射电镜（TEM）：样品需要非常薄，通常只有10～100nm厚，以确保电子束能穿过样品。

通过以上比较，可以看出扫描电镜和透射电镜在成像原理、结构组成、功能、衬度原理和样品要求等方面都有显著区别。每种显微镜都有其独特的应用领域和优势，选择合适的显微镜对于进行有效的材料分析至关重要。