摘要：
扫描电子显微镜（SEM）是一种通过电子束扫描样品表面来观察的仪器，在众多领域有着广泛应用。本文详细阐述其原理、分辨率相关内容、高分辨率化的方法、应用实例以及发展历程，旨在让读者全面了解SEM技术。
一、引言扫描电子显微镜（SEM）作为一种强大的分析工具，能够利用电子束与样品的相互作用产生图像并进行元素分析。它的出现极大地推动了科学研究和工业生产等多个领域的发展，其高分辨率的特点使其在微观世界的探索中发挥着不可替代的作用。
二、SEM的原理SEM的结构包含多个关键部件。电子枪负责产生并加速电子束，其加速电压一般在数100V到30kV之间。集束透镜和物镜协同工作，将加速后的电子束聚焦成电子斑点投射到样品表面。扫描线圈则使电子斑点在样品上移动，此过程称为电子线扫描。探测器检测样品受电子束照射点产生的信号电子，并以信号电子量作为各点亮度形成SEM图像。由于信号电子产生量受样品表面凹凸结构影响，所以SEM图像能够反映样品的表面形态。此外，为确保电子从电子源顺利到达样品且样品不受电子束影响，SEM本体需保持10 - 2 ～10 - 3 Pa的真空度，样品也需进行去除水分等预处理，同时为防止样品表面带电，还需进行赋予导电性的预处理。
三、SEM的分辨率SEM的分辨率取决于样品上电子斑点的直径（探针尺寸），斑点直径越小分辨率越高。要形成小的电子斑点，需要提高电子源的电子密度，即电子源的亮度。常见的电子源有多种类型。W（钨）灯丝型通过通电加热钨灯丝，利用热能引出电子；场发射型（FE）在室温下对W单晶针尖端施加电压，借助强电场引出电子，但FE电子源运行需将电子枪置于10 - 8 Pa的超高真空环境，需专用真空泵，不过其亮度约为W灯丝型的1000倍，可实现1nm以下的极小电子斑点直径，因此高分辨率SEM常采用FE电子源，这种SEM被称为FE - SEM。此外，肖特基（SE）型电子源也广泛应用，它通过电场和热能共同作用引出电子，具有接近FE的亮度且能获得高稳定束流的优点。
四、SEM的高分辨率化SEM的分辨率不仅与电子源有关，物镜的聚焦性能也至关重要。缩短物镜焦距可提高聚焦性能，于是产生了多种改进方式。将小样品置于透镜磁场内的透镜内方式被开发出来，透镜内方式与FE电子源结合的透镜内型FE - SEM是当前分辨率最高的SEM。与之相对的是将样品置于物镜下方的透镜外方式，虽然其分辨率低于透镜内方式，但对磁性体样品无影响且可观察大样品，样品限制较小。为观察透镜内方式无法处理的大样品，又开发了半透镜方式的FE - SEM，该方式下大样品置于物镜下部也能实现与透镜内方式相当的短焦距，可见缩短物镜焦距能大幅提升分辨率。
五、SEM的应用在SEM应用中，根据电子束照射样品产生的信号电子能量不同，可分为二次电子（能量50eV以下）和反射电子（能量高于50eV），通常分别用不同探测器检测。例如，在氧化铝和镍的复合材料中（如图7所示），二次电子像能清晰显示氧化铝表面凹凸，反射电子像则使镍粒子更明亮。通过合理选择加速电压和信号电子类型，可突出显示样品的凹凸结构和材料差异。此外，通过分析样品受电子束照射产生的X射线光谱，可确定样品的构成元素，还可进行元素分布的面分析（如图9所示），在元素分析时，结合反射电子像确定分析位置更为便利。
六、结语自1965年英国Cambridge Instrument社开发出第一台商用SEM以来，其在分辨率、图像对比度、操作性等方面不断进步。1972年高亮度FE电子源的产品化使分辨率大幅提升，随后透镜内方式、半透镜方式等技术的发展以及信号检测技术的进步，让更多微观细节得以呈现，在世界各国显微镜学会上，各领域不断积累新的发现和见解。泽攸科技ZEM系列台式扫描电镜是为现代科研和工业检测设计的高效分析工具。这些电镜通过电子束与样品相互作用产生的信号获取图像，能够提供高分辨率的微观形貌观察。ZEM系列台式扫描电镜具备快速抽真空、高成像速度、多样的信号探测器选择，以及丰富的原位拓展功能，使其在新材料、新能源、生物医药、半导体等多个领域中展现出强大的分析实力。它们不仅操作简便，而且具有高度的系统集成，能够满足非专业人士的使用需求，同时提供配套软件支持，实现从样品处理到成像分析的一站式服务。ZEM系列台式扫描电镜以其卓越的性能和合理的成本效益，已成为许多高校、研究所和企业的首选设备之一。