扫描电子显微镜的发展现状及市场应用

摘 要：扫描电镜与传统的显微镜相比有着下列特点：倍率更高、分辨率更优、景深更大，因此它被广泛用于材料学、半导体器件及地质、生物医疗、考古等领域的研究;也被用于产品品质及生产过程的控制等，是当今最重要的科学研究仪器之一。本文主要分析了扫描电子显微镜的发展现状，并对其市场应用进行了综述。

关键词：扫描电子显微镜;发展现状;市场应用

一、 国内外现状和技术发展趋势

由于电子束撞击试样物质原子的原子核及电子会产生的各种电子信号，对这一系列电子信号进行收集、分析、处理能获取试样的表面形貌及内部构成的很多信息，并根据此原理，人们设计出扫描电子显微镜。

（一）国内外现状

扫描电镜是当今被广泛应用的最重要电子光学仪器之一。自从20世纪60～70年代中叶第一台商用电子显微镜问世以来，英、德、荷、捷、日等国以及中国等相继制造出各种规格的扫描电镜。经过近60年来的不断发展与改进，扫描电镜已成为一种智能化、数字化、多功能的大型电子光学分析仪器产品，不仅能够进行形貌观察记录也能借助于所携带的附件来获取试样的物理、化学信息。

在分辨率指标方面：目前，商用SEM二次电子图像的分辨率已经能够达到亚纳米级别。当今世界上著名的生产厂商有蔡司、FEI、日立、日本电子等，FEI推出的商用扫描电镜采用肖特基场发射电子枪使得二次电子图像分辨率在世界上首先实现了亚纳米级，其后Zeiss也推出了分辨率0.8nm@15kV的SEM;日立推出的冷场发射SEM二次电子分辨率最高可以达到了0.4nm。目前STEM分辨率最高可以达到亚埃级，JEOL的ARM200F的STEM衍射图像分辨率最高可以达到0.08nm。

中国的电子显微镜研制是从1958年开始，由光机所及南京江南光学仪器厂完成了我国第一台透射电子显微镜。1975年由KYKY完成了中国第一台扫描电镜制造。随后在20世纪70年代国营南京江南光学仪器厂、上海新跃仪器厂，先后也试制成功各种类型的扫描电镜，反映了当时我国电子显微镜制造业的蓬勃发展。在20世纪90年代以后，国内电镜企业发展遇到了重大挫折，技术人才严重分流、流失，行业发展的几乎停滞，与国际技术水平的差距越来越大，导致目前仅有（原中国科学院科学仪器厂）还在继续生产扫描电镜，其他电镜厂商已全军覆没。从总的来看，国产电镜在功能与工艺上与国际先进水平很大的差距，这需要引起国家的高度重视，需要在战略高度以及政策上给予极大的支持，推进中国电子光学事业及仪器的发展。

（二）技术发展趋势

从扫描电镜技术的发展来看，在今后一段时间，扫描电镜的发展方向主要有以下两个方面。

1. 向更高的分辨率方向发展

为了进一步提高扫描电镜的分辨率，必须要研制出一种极小像差的电磁透镜系统，以及超高亮度寿命更长的场发射电子枪系统，据说在这方面理论上已取得重大突破。另外，还需在现在的扫描电镜设计中，对扫描电镜的精密机械结构设计，样品台的飘移控制和振动消除等方面有足够的提高，在二次电子探测器中采用更新的探测器件来获取更高的信噪比。

2. 向多功能化方向发展

扫描电子显微镜是利用电子束轰击物质原子的原子核及電子所产生的各种电子信号并对其进行收集、分析的一种高级分析仪器，那么如何充分利用电子束与物质相互作用所产生各种电子信号，并同其他现代分析谱仪相结合，也将是扫描电镜的发展的一个主要方向。目前已有一些成功的应用，主要有利用入射电子与物质相互作用所产生元素的特征X射线谱来进行成分分析的X射线能谱分析仪（EDS）、X射线波谱分析仪（WDS）、和阴极发光谱的X射线荧光谱分析仪（XFS）和阴极发光谱分析仪（CLS）等。

二、 扫描电子显微镜的主要应用领域

扫描电镜广泛用于材料科学、生物医学、法学鉴别、地质学、考古学、半导体制造与失效分析。

（一）材料领域

扫描电子显微镜由于景深大，分辨高、放大倍数大、立体感强、样品制备简单的优点以及可以对试样进行微区成分分析的特性使其在材料的分析和研究方面有着非常广泛的应用，主要应用于材料断口观察、偏析研究、材料夹杂物的微区成分分析、镀膜层厚测量和纳米材料分析等。扫描电镜可以清楚地反映、记录和分析这些微观特征。

（二）生物、医学领域

在生物医学领域利用扫描电镜可以观察细胞组织及其内部结构，可以研究细胞的整个生命过程中的规律并可以结合各种制样方式来进行免疫荧光检测、染色体研究以及铸型法研究等。

（三）其他领域

扫描电子显微镜可对被材料类观察试样进行微区化学成分分析。被观察材料试样内部的夹杂物由于体积细小，分布无规则的特性无法采用常规的化学方法进行分析、鉴定，扫描电子显微镜可以利用其电子探针的特性通过EDS/WDS获取所需要得到的数据，此外，在矿物物相研究、宝玉石鉴定、黏土矿物分析、天文地质学中的宇宙尘、陨石和月岩的研究以及在冶金、考古、地质、刑侦、机械、电机以及集成电路的线宽量测、材料断面、结构观察等领域也有着广泛的应用。

三、 结语

扫描电子显微镜是一个应用多重技术融合的高端设备，数学、物理学、材料、计算机及化学等自然科学技术的发展为电镜的发展提供了强有力的支撑，扫描电镜继续在未来的科学技术等领域发挥重要的作用。因此，抓住扫描电镜发展全新机遇，进一步提高扫描电镜的技术及资金发展，从而促进各个技术产业领域的可持续发展。

参考文献：

[1]郭素枝.扫描电镜技术及其应用[M].厦门：厦门大学出版社，2006.

[2]章晓中.电子显微分析[M].北京：清华大学出版社，2006.

作者简介：

姚晨，南京江南永新光学有限公司。