掃描電鏡全稱(chēng)掃描電子顯微鏡，是自上世紀(jì)60年代作為商用電鏡面世以來(lái)，迅速發(fā)展起來(lái)的一種新型的電子光學(xué)儀器，被廣泛地應(yīng)用于化學(xué)、生物、醫(yī)學(xué)、冶金、材料、半導(dǎo)體制造、微電路檢查等各個(gè)研究領(lǐng)域和工業(yè)部門(mén)。

掃描電鏡的主要類(lèi)型

　　20世紀(jì)70年代以來(lái)，掃描電鏡的發(fā)展主要在：①不斷提高分辨率，以求觀察更精細(xì)的物質(zhì)結(jié)構(gòu)及微小的實(shí)體以至分子、原子;②研制超高壓電鏡和特殊環(huán)境的樣品室，以研究物體在自然狀態(tài)下的形貌及動(dòng)態(tài)性質(zhì);③研制能對(duì)樣品進(jìn)行綜合分析(包括形態(tài)、結(jié)構(gòu)和化學(xué)成分等)的設(shè)備。

　　截止到目前，科學(xué)界已成功研制出的設(shè)備有典型的掃描電鏡、掃描透射電鏡(STEM)、場(chǎng)發(fā)射掃描電鏡(FESEM)、冷凍掃描電鏡(Cryo-SEM)、低壓掃描電鏡(LVSEM)、環(huán)境掃描電鏡(ESEM)、掃描隧道顯微鏡(STM)、掃描探針顯微鏡(SPM)、原子力顯微鏡(AFM)等，以及多功能的分析掃描電鏡(即電鏡帶上能譜儀、波譜儀、熒光譜儀、二次離子質(zhì)譜儀和電子能量損失譜儀等，既能作超微結(jié)構(gòu)研究，也能作微區(qū)的組分分析，即作定性、定量、定位分析)。由電鏡衍生出電子探針和離子探針。

掃描隧道顯微鏡

　　掃描隧道顯微鏡之所以得到發(fā)明并且迅速發(fā)展，是由于微電子學(xué)以極快的速度發(fā)展的緣故。作為電子計(jì)算機(jī)核心部分的硅集成塊的集成板要求愈來(lái)愈高，其尺寸愈來(lái)愈小，所帶來(lái)的問(wèn)題是集成塊表面積與體積之比的急劇增大，此時(shí)在集成塊的工作狀態(tài)中以及它與其他邏輯元件的相互作用中，表面狀態(tài)變得愈來(lái)愈重要。

　　掃描隧道顯微鏡提供了一種具有極高分辨率的檢測(cè)技術(shù)，可以觀察單個(gè)原子在物質(zhì)表面的排列狀態(tài)和與表面電子行為有關(guān)的物理、化學(xué)性質(zhì)，在表面科學(xué)、材料科學(xué)、生命科學(xué)、藥學(xué)、電化學(xué)、納米技術(shù)等研究領(lǐng)域有廣闊的應(yīng)用前景。但掃描隧道顯微鏡要求樣品表面與針尖具有導(dǎo)電性。這也是掃描隧道顯微鏡在應(yīng)用方面Zda的局限所在。

掃描電鏡+掃描探針顯微鏡

　　掃描電鏡+掃描探針顯微鏡是微觀分析技術(shù)的新一代組合。應(yīng)用掃描電鏡可以對(duì)樣品進(jìn)行放大(從10倍到幾十萬(wàn)倍)觀察，它的極限分辨率是1nm左右(僅對(duì)特殊的含金顆粒標(biāo)樣)，但是無(wú)法觀察到原子尺寸的特征圖像。而掃描探針顯微鏡可對(duì)樣品進(jìn)行原子尺寸的觀察，它需要一臺(tái)能夠?qū)呙桦婄R的懸臂和針尖移到特定位置的專(zhuān)用機(jī)械手。

　　因此，Nanotechnik成功開(kāi)發(fā)出一種納米機(jī)械手，能像人的手一樣靈巧，操作自如地?fù)軇?dòng)這些碳管，移動(dòng)納米顆粒，而且能安裝在掃描電鏡內(nèi)的掃描探針顯微鏡，在掃描電鏡上可以通過(guò)二次電子成像，觀察樣品特定區(qū)域的形貌特征，鎖定目標(biāo)，并用掃描探針顯微鏡進(jìn)行原子尺度觀察，在磁疇形態(tài)的研究、表面原子的移動(dòng)、電化學(xué)反應(yīng)機(jī)理研究等方面具有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)。它還可以進(jìn)行一些材料的物理特性的測(cè)量，如楊氏膜量測(cè)定、IV曲線測(cè)定等。

環(huán)境掃描電鏡

　　環(huán)境掃描電鏡有兩個(gè)功能，既可以在高真空狀態(tài)下工作，也可以在低真空狀態(tài)下工作。在利用高真空功能的時(shí)候，對(duì)于非導(dǎo)電材料和濕潤(rùn)試樣，必須經(jīng)過(guò)同定、脫水、干燥、鍍膜等一系列處理后方可觀察。利用低真空功能，樣品可以省略預(yù)處理環(huán)節(jié)。直接觀察試樣，不存在化學(xué)固定所產(chǎn)生的各種問(wèn)題，甚至可以觀察活體生物樣品。

　　環(huán)境掃描電鏡的樣品室雖然是處在低真空狀態(tài)，但與生物生存的環(huán)境相差甚遠(yuǎn)，未經(jīng)固定的生物樣品在這種環(huán)境中能保持不變的時(shí)間很短，經(jīng)受不起電子束的轟擊，只能作較短時(shí)間的觀察，因此只適合于含水量較少的生物樣品，對(duì)于含水量高的樣品的觀察還存在一些技術(shù)上的困難。

　　環(huán)境掃描電鏡在石油、陶瓷、建筑、印刷、化工催化劑、電訊、醫(yī)藥衛(wèi)生、燃料、高溫超導(dǎo)體、金屬腐蝕與防護(hù)、材料科學(xué)、肢體化學(xué)、環(huán)境科學(xué)、生命科學(xué)、化學(xué)和物理學(xué)等領(lǐng)域都有應(yīng)用。

冷凍掃描電鏡

　　冷凍掃描電鏡又稱(chēng)低溫掃描電鏡，它是把冷凍樣品制備技術(shù)與掃描電鏡融為一體的一種新型掃描電鏡。冷凍掃描電鏡特別適用于含水樣品的觀察，因此在生物學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用日益增多。

　　冷凍掃描電鏡主要觀察經(jīng)快速冷凍固定的樣品。生物樣品經(jīng)冷凍固定后，在冷凍掃描電鏡中既能避免化學(xué)固定的缺點(diǎn)，保持樣品的活體狀態(tài)，又能適應(yīng)掃描電鏡的各種真空環(huán)境。冷凍掃描電鏡還具有冷凍斷裂和通過(guò)控制樣品升華來(lái)選擇性地去表面水分的功能，從而能觀察樣品的內(nèi)部結(jié)構(gòu)。

　　冷凍掃描電鏡已廣泛應(yīng)用于生命科學(xué)，包括植物學(xué)、動(dòng)物學(xué)、真菌學(xué)、生物技術(shù)、生物醫(yī)學(xué)和農(nóng)業(yè)科學(xué)研究。冷凍掃描電鏡技術(shù)也成為藥物學(xué)、化妝品和保健品的重要研究工具，而且是食品工業(yè)的標(biāo)準(zhǔn)檢測(cè)方法。如用于冰淇淋、糖果蜜餞和乳制品等產(chǎn)品的檢測(cè)。

掃描透射電鏡

　　掃描透射電鏡是20世紀(jì)70年代初制造的，是一種成像方式與透射和掃描都相似并且兼有二者優(yōu)點(diǎn)的新型掃描電鏡。分為高分辨型和附件型兩種，高分辨型是專(zhuān)用的掃描透射電鏡，分辨率可高達(dá)0.3～0.5nm，能夠直接觀察單個(gè)重金屬原子像，已經(jīng)接近透射電鏡的水平。附件型是指在透射電鏡上加裝掃描附件和掃描透射電子檢測(cè)器后組成的掃描透射電鏡裝置。這種掃描透射電鏡的分辨率較低，一般為1.5～3.0nm，但它增加了透射電鏡的功能，為人們提供了一個(gè)新的研究手段?，F(xiàn)在，幾乎所有高性能透射電鏡都可以安裝上這種附件。

場(chǎng)發(fā)射掃描電鏡

　　場(chǎng)發(fā)射掃描電鏡是一種高分辨率掃描電鏡，在材料分析中得到廣泛應(yīng)用。尤其是良好的低壓高空問(wèn)分辨性能和低壓下良好的掃描電子像相互結(jié)合使用，使掃描電鏡應(yīng)用范圍得到擴(kuò)展。

　　利用場(chǎng)發(fā)射掃描電鏡低壓性能好的優(yōu)點(diǎn)進(jìn)行表面微細(xì)節(jié)觀察與研究，可以得到原子序數(shù)襯度像;可以利用二次電子成像觀察與分析;可以對(duì)小于0.1μm的細(xì)節(jié)進(jìn)行成分的點(diǎn)、線和面分析;可以對(duì)試樣在常規(guī)鎢絲槍不能分辨開(kāi)的區(qū)域進(jìn)行分析。

　　也可以利用場(chǎng)發(fā)射掃描電鏡進(jìn)行半導(dǎo)體方面的研究，如半導(dǎo)體材料中晶體缺陷應(yīng)變場(chǎng)的形狀和尺寸、缺陷的走向、表面層內(nèi)的密度、單個(gè)缺陷的顯微形態(tài)、缺陷間的相對(duì)取向以及相互作用等等，檢驗(yàn)拋光硅表面氧、碳的玷污，直接觀測(cè)集成電路中用電子束曝光蝕刻的二氧化硅、氮化硅的亞微米光柵的間距、蝕刻深度及邊緣角度。