一、设备结构与功能

图1 扫描电镜结构及原理

1、扫描电镜追求固体物质高分辨的形貌，形态图像（二次电子探测器SEI)和形貌分析(表面几何形态，形状，尺寸）等。

2、利用背散射电子衍射信号对样品物质进行晶体结构（原子在晶体中的排列方式），晶体取向分布分析，基于晶体结构的相鉴定。

3、显示化学成分的空间变化，基于化学成分的相鉴定，化学成分像分布，微区化学成分分析：

（1）用x射线能谱仪或波谱（EDS or WDS）采集特征X射线信号，生成与样品形貌相对应的，元素面分布图或者进行定点化学成分定性定量分析，相鉴定。 

（2）利用背散射电子(BSE）基于平均原子序数(一般和相对密度相关）反差，生成化学成分相的分布图像。

（3）利用阴极荧光，基于某些痕量元素（如过渡金属元素，稀土元素等）受电子束激发的光强反差，生成的痕量元素分布图像。

（4）利用样品电流，基于平均原子序数反差，生成的化学成分相的分布图像，该图像与背散射电子图像亮暗相反。

（5）利用俄歇电子，对样品物质表面1nm表层进行化学元素分布的定性定理分析。

4、在半导体器件（IC)研究中的特殊应用： 

（1）利用电子束感生电流EBIC进行成像，可以用来进行集成电路中pn结的定位和损伤研究 。

（2）利用样品电流成像，结果可显示电路中金属层的开、短路，因此电阻衬度像经常用来检查金属布线层、多晶连线层、金属到硅的测试图形和薄膜电阻的导电形式。

（3）利用二次电子电位反差像，反映了样品表面的电位，从它上面可以看出样品表面各处电位的高低及分布情况，特别是对于器件的隐开路或隐短路部位的确定尤为方便。

图2 透射电镜结构及原理

早期的透射电子显微镜功能主要是观察样品形貌，后来发展到可以通过电子衍射原位分析样品的晶体结构。具有能将形貌和晶体结构原位观察的两个功能是其它结构 （如光镜和X射线衍射仪）所不具备的。

透射电子显微镜增加附件后，其功能可以从原来的样品内部组织形貌观察（TEM）、原位的电子衍射分析（Diff），发展到还可以进行原位的成分分析（能谱仪EDS、特征能量损失谱EELS）、表面形貌观察（二次电子像SED、背散射电子像BED）和透射扫描像（STEM）。结合样品台设计成高温台、低温台和拉伸台，透射电子显微镜还可以在加热状态、低温冷却状态和拉伸状态下观察样品动态的组织结构、成分的变化，使得透射电子显微镜的功能进一步的拓宽。

透射电子显微镜功能的拓宽意味着一台仪器在不更换样品的情况下可以进行多种分析，尤其是可以针对同一微区位置进行形貌、晶体结构、成分（价态）的全面分析。

二、样品需求

1、扫描电镜

SEM制样对样品的厚度没有特殊要求，可以采用切、磨、抛光或解理等方法将特定剖面呈现出来，从而转化为可以观察的表面。这样的表面如果直接观察，看到的只有表面加工损伤，一般要利用不同的化学溶液进行择优腐蚀，才能产生有利于观察的衬度。不过腐蚀会使样品失去原结构的部分真实情况，同时引入部分人为的干扰，对样品中厚度极小的薄层来说，造成的误差更大。

2、透射电镜

由于TEM得到的显微图像的质量强烈依赖于样品的厚度，因此样品观测部位要非常的薄，例如存储器器件的TEM样品一般只能有10—100nm的厚度，这给TEM制样带来很大的难度。初学者在制样过程中用手工或者机械控制磨制的成品率不高，一旦过度削磨则使该样品报废。TEM制样的另一个问题是观测点的定位，一般的制样只能获得10mm量级的薄的观测范围，这在需要精确定位分析的时候，目标往往落在观测范围之外。目前比较理想的解决方法是通过聚焦离子束刻蚀（FIB）来进行精细加工。 

3、电镜样品准备及前处理方法

 电镜固定液：2.5% 戊二醛；

 储运条件：4℃冰袋运输，在保存和运输过程中固定液切勿冷冻结冰。

（1）动植物组织样品

① 1-3min内取样，组织块不超过3mm2，用PBS轻轻漂洗将样本表面的血污，毛发等去掉，将需要扫描的面做好标记（如在对面进行剪角处理）。

② 取材时一定注意避免镊子挤压等机械损伤，刀片要锋利避免挫伤组织。尤其是注意保护扫描面。

③ 组织取下后立即投入电镜固定液内室温固定2h，再转移至4℃保存，4℃冰袋运输，在保存和运输过程中固定液切勿冷冻结冰。

④ 植物样品放入固定液后需抽气排气使之沉底（因植物样本胞间气体较多，质地密度相对较小，切不可让样品漂浮于固定液液相与空气接触界面，固定不充分将严重影响后续实验；若无抽真空条件可塞棉花使之完全浸没于固定液）。

（2）细胞样品

① 贴壁细胞：贴壁于盖玻片的细胞培养处理完成后弃培养基，用PBS轻轻漂洗后，弃PBS加电镜固定液室温固定2h，再转移至4℃保存，4℃冰袋运输，在保存和运输过程中固定液切勿冷冻结冰。

② 悬浮细胞：离心收集细胞要肉眼可见细胞沉淀芝麻至绿豆大小，弃培养基后用PBS轻轻漂洗后，弃PBS加电镜固定液并将细胞吹打开悬浮于固定液内室温固定2h，再转移至4℃保存，4℃冰袋运输，在保存和运输过程中固定液切勿冷冻结冰。

（3）细菌真菌样品

① 长于固体培养基的细菌：连带着培养基切下不超过3mm2组织块，有细菌的一面作为扫描面，放于电镜固定液内室温固定2h，再转移至4℃保存，4℃冰袋运输，在保存和运输过程中固定液切勿冷冻结冰。

② 悬浮细菌孢子等：离心收集细菌要肉眼可见细菌沉淀芝麻至绿豆大小，弃培养基后用PBS轻轻漂洗后，弃PBS加电镜固定液并将细菌吹打开悬浮于固定液内室温固定2h，再转移至4℃保存，4℃冰袋运输，在保存和运输过程中固定液切勿冷冻结冰。

（4）其他样品：如粉末状材料，直接准备干燥的粉剂即可。

三、参数对比

图3. 透射电镜与扫描电镜参数对比