20张动图全析四大显微分析（SEM、TEM、AFM、STM）工

作者：张馨予

二次电子探测图

二次电子试样表面状态非常敏感，能有效显示试样表面的微观形貌，分辨率可达5～10nm。

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二次电子扫描成像

入射电子达到离核很近的地方被反射，没有能量损失；既包括与原子核作用而形成的弹性背散射电子，又包括与样品核外电子作用而形成的非弹性背散射电子。

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背散射电子探测图

用背反射信号进行形貌分析时，其分辨率远比二次电子低。可根据背散射电子像的亮暗程度，判别出相应区域的原子序数的相对大小，由此可对金属及其合金的显微组织进行成分分析。

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EBSD成像过程

分析原理：用电子技术检测高能电子束与样品作用时产生二次电子、背散射电子、吸收电子、X射线等并放大成象

谱图的表示方法：背散射象、二次电子象、吸收电流象、元素的线分布和面分布等

提供的信息：断口形貌、表面显微结构、薄膜内部的显微结构、微区元素分析与定量元素分析等

透射电子显微镜（TEM）

透射电镜是把经加速和聚焦的电子束投射到非常薄的样件上，电子与样品中的原子碰撞，而改变方向，从而产生立体角散射。散射角的大小与样品的密度、厚度相关，因此，可以形成明暗不同的影像，影像将在放大、聚焦后在成像器件上显示出来。

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TEM工作图

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TEM成像过程

STEM成像不同于平行电子束的TEM，它是利用聚集的电子束在样品上扫描来完成的，与SEM不同之处在于探测器置于试样下方，探测器接收透射电子束流或弹性散射电子束流，经放大后在荧光屏上显示出明场像和暗场像。

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STEM分析图

入射电子束照射试样表面发生弹性散射，一部分电子所损失能量值是样品中某个元素的特征值，由此获得能量损失谱（EELS），利用EELS可以对薄试样微区元素组成、化学键及电子结构等进行分析。

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EELS原理图

分析原理：高能电子束穿透试样时发生散射、吸收、干涉和衍射，使得在相平面形成衬度，显示出图象

谱图的表示方法：质厚衬度象、明场衍衬象、暗场衍衬象、晶格条纹象、和分子象

提供的信息：晶体形貌、分子量分布、微孔尺寸分布、多相结构和晶格与缺陷等

原子力显微镜（AFM）

将一个对微弱力极敏感的微悬臂一端固定，另一端有一微小的针尖，由于针尖尖端原子与样品表面原子间存在极微弱的作用力，通过在扫描时控制这种力的恒定，带有针尖的微悬臂将在垂直于样品的表面方向起伏运动。测出微悬臂对应于扫描各点的位置变化，从而可以获得样品表面形貌的信息。

AFM原理：针尖与表面原子相互作用

AFM常用的扫描模式有接触模式和轻敲模式，接触模式利用针尖与样品间原子排斥力产生样品表面轮廓；轻敲模式利用原子间的吸引力影响探针振动而获得样品表面轮廓。

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接触模式

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轻敲模式