扫描电镜和透射电镜的区别
电子显微镜已经成为表征各种材料的有力工具。它的多功能性和*的空间分辨率使其成为许多应用中非常有价值的工具。其中，两种主要的电子显微镜是透射电子显微镜（tem）和扫描电子显微镜（sem）。在这篇博客中，将简要描述他们的相似点和不同点。
扫描电镜和透射电镜的工作原理
从相似点开始, 这两种设备都使用电子来获取样品的图像。他们的主要组成部分是相同的;
·电子源;
·电磁和静电透镜控制电子束的形状和轨迹;
·光阑。
所有这些组件都存在于高真空中。
现在转向这两种设备的差异性。扫描电镜（sem）使用一组特定的线圈以光栅样式扫描样品并收集散射的电子（详细了解sem中检测到的不同类型的电子）。
而透射电镜（tem）是使用透射电子，收集透过样品的电子。因此，透射电镜（tem）提供了样品的内部结构，如晶体结构，形态和应力状态信息，而扫描电镜（sem）则提供了样品表面及其组成的信息。
而且，这两种设备*的差别之一是它们可以达到的*空间分辨率;扫描电镜（sem）的分辨率被限制在〜0.5nm，而随着zui近在球差校正透射电镜（tem）中的发展，已经报道了其空间分辨率甚至小于50pm。
哪种电子显微镜技术操作员进行分析？
这*取决于操作员想要执行的分析类型。例如，如果操作员想获取样品的表面信息，如粗糙度或污染物检测，则应选择扫描电镜（sem）。另一方面，如果操作员想知道样品的晶体结构是什么，或者想寻找可能存在的结构缺陷或杂质，那么使用透射电镜（tem）是*的方法。
扫描电镜（sem）提供样品表面的3d图像，而透射电镜（tem）图像是样品的2d投影，这在某些情况下使操作员对结果的解释更加困难。
由于透射电子的要求，透射电镜（tem）的样品必须非常薄，通常低于150nm，并且在需要高分辨率成像的情况下，甚至需要低于30nm，而对于扫描电镜（sem）成像，没有这样的特定要求。
这揭示了这两种设备之间的另一个主要差别：样品制备。扫描电镜（sem）的样品很少需要或不需要进行样品制备，并且可以通过将它们安装在样品杯上直接成像。
相比之下，透射电镜（tem）的样品制备是一个相当复杂和繁琐的过程，只有经过培训和有经验的用户才能成功完成。样品需要非常薄，尽可能平坦，并且制备技术不应对样品产生任何伪像（例如沉淀或非晶化）。目前已经开发了许多方法，包括电抛光，机械抛光和聚焦离子束刻蚀。格栅和支架用于安装透射电镜（tem）样品。
sem vs tem：操作上的差异
这两种电子显微镜系统在操作方式上也有所不同。扫描电镜（sem）通常使用15kv以上的加速电压，而透射电镜（tem）可以将其设置在60-300kv的范围内。
与扫描电镜（sem）相比，透射电镜（tem）提供的放大倍数也相当高：透射电镜（tem）可以将样品放大5000万倍以上，而对于扫描电镜（sem）来说，限制在1-2百万倍之间。
然而，扫描电镜（sem）可以实现的zui大视场（fov）远大于透射电镜（tem），用户可以只对样品的一小部分进行成像。同样，扫描电镜（sem）系统的景深也远高于透射电镜（tem）系统。
图1：硅的电子显微镜图像。a）使用扫描电镜sem成像的二次电子图像，提供关于表面形态的信息，而b）透射电镜（tem）图像显示关于样品内部的结构信息。
另外，在两个系统中创建图像的方式也是不同的。在扫描电镜中，样品位于电子光学系统的底部，散射电子（背散射或二次）被电子探测器捕获，然后使用光电倍增管将该信号转换成电信号，该电信号被放大并在屏幕上产生图像。
在透射电镜（tem）中，样品位于电子光学系统的中部。入射电子穿过它，并通过样品下方的透镜（中间透镜和投影透镜），图像直接显示在荧光屏上或通过电荷耦合器件（ccd）相机显示在pc屏幕上。
表i：扫描电镜（sem）和透射电镜（tem）之间主要差异的总结
一般来说，透射电镜（tem）的操作更为复杂。透射电镜（tem）的用户需要经过强化培训才能操作设备。在每次使用之前需要执行特殊程序，包括几个步骤以确保电子束对中。在表i中，您可以看到扫描电镜（sem）和透射电镜（tem）之间主要区别的总结。
结合sem和tem技术
还有一种电子显微镜技术被提及，它是透射电镜（tem）和扫描电镜（sem）的结合，即扫描透射电镜（stem）。如今，大多数透射电镜（tem）可以切换到“stem模式”，用户只需要改变其对准程序。在扫描透射电镜（stem）模式下，光束被聚焦并扫描样品区域（如sem），而图像由透射电子产生（如tem）。
在扫描透射电镜（stem）模式下工作时，用户可以利用这两种技术的功能;他们可以在高分辨看到样品的内部结构（甚至高于透射电镜tem分辨率），但也可以使用其他信号，如x射线和电子能量损失谱。这些信号可用于能量色散x射线光谱（edx）和电子能量损失光谱（eels）。
当然，edx能谱分析在扫描电镜（sem）系统中也是常见分析方法，并用于通过检测样品被电子撞击时发射的x射线来识别样品的成分。
电子能量损失光谱（eels）只能在以扫描透射电镜（stem）模式工作的透射电镜（tem）系统中实现，并能够反应材料的原子和化学成分，电子性质以及局部厚度测量。
在sem和tem之间做出选择
从所提到的一切来看，显然没有“更好”的技术;这*取决于需要的分析类型。当用户想要从样品内部结构获得信息时，透射电镜（tem）是*的选择，而当需要样品表面信息时，扫描电镜（sem）是。当然，主要决定因素是两个系统之间的巨大价格差异，以及易用性。透射电镜（tem）可以为用户提供更多的分辨能力和多功能性，但是它们比扫描电镜（sem）更昂贵且体型较大，需要更多操作技巧和复杂的前期制样准备才能获得满意的结果。
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从相似点开始, 这两种设备都使用电子来获取样品的图像。他们的主要组成部分是相同的;
·电子源;
·电磁和静电透镜控制电子束的形状和轨迹;
·光阑。
所有这些组件都存在于高真空中。
现在转向这两种设备的差异性。扫描电镜（sem）使用一组特定的线圈以光栅样式扫描样品并收集散射的电子（详细了解sem中检测到的不同类型的电子）。
而透射电镜（tem）是使用透射电子，收集透过样品的电子。因此，透射电镜（tem）提供了样品的内部结构，如晶体结构，形态和应力状态信息，而扫描电镜（sem）则提供了样品表面及其组成的信息。
而且，这两种设备*的差别之一是它们可以达到的*空间分辨率;扫描电镜（sem）的分辨率被限制在〜0.5nm，而随着zui近在球差校正透射电镜（tem）中的发展，已经报道了其空间分辨率甚至小于50pm。
哪种电子显微镜技术操作员进行分析？
这*取决于操作员想要执行的分析类型。例如，如果操作员想获取样品的表面信息，如粗糙度或污染物检测，则应选择扫描电镜（sem）。另一方面，如果操作员想知道样品的晶体结构是什么，或者想寻找可能存在的结构缺陷或杂质，那么使用透射电镜（tem）是*的方法。
扫描电镜（sem）提供样品表面的3d图像，而透射电镜（tem）图像是样品的2d投影，这在某些情况下使操作员对结果的解释更加困难。
由于透射电子的要求，透射电镜（tem）的样品必须非常薄，通常低于150nm，并且在需要高分辨率成像的情况下，甚至需要低于30nm，而对于扫描电镜（sem）成像，没有这样的特定要求。
这揭示了这两种设备之间的另一个主要差别：样品制备。扫描电镜（sem）的样品很少需要或不需要进行样品制备，并且可以通过将它们安装在样品杯上直接成像。
相比之下，透射电镜（tem）的样品制备是一个相当复杂和繁琐的过程，只有经过培训和有经验的用户才能成功完成。样品需要非常薄，尽可能平坦，并且制备技术不应对样品产生任何伪像（例如沉淀或非晶化）。目前已经开发了许多方法，包括电抛光，机械抛光和聚焦离子束刻蚀。格栅和支架用于安装透射电镜（tem）样品。
sem vs tem：操作上的差异
这两种电子显微镜系统在操作方式上也有所不同。扫描电镜（sem）通常使用15kv以上的加速电压，而透射电镜（tem）可以将其设置在60-300kv的范围内。
与扫描电镜（sem）相比，透射电镜（tem）提供的放大倍数也相当高：透射电镜（tem）可以将样品放大5000万倍以上，而对于扫描电镜（sem）来说，限制在1-2百万倍之间。
然而，扫描电镜（sem）可以实现的zui大视场（fov）远大于透射电镜（tem），用户可以只对样品的一小部分进行成像。同样，扫描电镜（sem）系统的景深也远高于透射电镜（tem）系统。
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