扫描电镜的特点

　　(1)分辨率高、放大倍数宽

　　扫描电镜的激发源是电子束，可以超越光子的衍射极限在样品表面形成极细的探针。成像信号是二次电子和背散射电子，其信号强度随样品表面的形貌和成分而变化。

　　相对于声音、热量、力等信号，这些电子信号的作用范围被限制在微区，可以实现比较高的分辨率。依电镜性能和样品的性质，可以实现小于1 nm的分辨率。有关高分辨的内容详见第11章。

蔡司扫描电镜

　　光镜的有效放大倍率范围通常在几倍到上百倍，放大倍数调节时需要转换物镜镜头。扫描电镜的放大倍数在几十倍到几十万倍，观察范围从纳米级到毫米级，尺度范围更宽且放大倍率调节非常便捷，这非常方便在低倍时观察大视野的样品全貌，在高倍率时观察样品的微观细节。关于扫描范围的相关内容详见4.5节。

　　(2)景深大、立体感强

　　因为景深不足，光镜对表面起伏较大样品的成像会出现模糊。为了扩大景深，体式显微镜又牺牲了放大倍数和分辨率。而扫描电镜使用电子束成像，会聚角相对光镜较小，可以同时在一定范围内满足分辨率和景深的成像要求。甚至还可以由二维生成立体感更强的三维电镜图像，以更全面地展现样品轮廓特征。相关内容详见3.7节。

　　(3)直观、易解释

　　生活中的光线以反射光线为主，二次电子和背散射电子类似“反射”的电子，使得扫描电镜图像跟生活直觉一致。但是直观、易解释不是无需解释，有时也会产生假象。通过对扫描电镜的了解使用者可以从图像中挖掘更多有用信息。相关内容详见8.1节。

　　(4)信号类型多、微区分析能力强

　　扫描电镜样品仓较大且有很多接口，可以加装许多附件。扫描电镜使电子束在样品表面形成极细的探针，探针激发出的信号除了用于成像的电子外，还有X射线和光子信号，于是出现了EDS和CL技术;还有衍射信息，于是有了ECCI和EBSD技术;还有电流信息，于是有了样品电流测量和EBIC技术。这些技术提供了相互印证和补充的可能。相对于扫描电镜的成像，这些技术也会被称为“分析”功能，被纳入显微分析的范畴。

　　在这些显微分析技术中， EDS和EBSD最为常用，它们作为扫描电镜的附件，使得扫描电镜技术在显微成像之外，还能得到样品的成分和结构信息，同时建立空间位置与成分的对应(EDS面分布，15.3节)，位置与取向的对应(EBSD取向图，16.2.4小节)。本书第6章讲述电子与样品的相互作用，在14~16章重点讲述EDS和EBSD技术。

　　此外，扫描电镜样品仓和样品台较大，可以安装其他附件，非常便于实现联用功能，比如光电联用、与拉曼联用、与原子力显微镜的联用等。于是扫描电镜成为一个显微成像和显微分析的通用平台，微观表征不可或缺的通用设备。

　　(5)样品制备要求低

　　透射电镜要求样品能透过电子，这对样品制备要求较为苛刻。金相显微镜要求样品平，这样反射光才能清晰成像。在材料科学领域，对于许多样品，除了固定牢靠外，扫描电镜没有特殊的要求。对于磁性材料、液体、不导电样品等则需要特殊处理，但也相对容易实现。基于扫描电镜的衍射方法(如EBSD和ECCI技术)，对于样品表面的要求较高，但是相对于透射电镜的制样也要容易得多。关于制样的指导详见本书13.5节。

　　(6)数字化并日趋智能

　　扫描电镜的图片、EDS的谱图和EBSD的衍射花样是数字化的，即可以在线处理，也可以线下处理。配合各种图像处理和测量工具，使得扫描电镜的功能更为强大。硬件与软件结合，也可以实现更高通量、更高速度的表征。

　　更不用说，伴随软件和算法的进步，使得如今的扫描电镜越发智能和易用，如自动消像散、自动聚焦等功能。随着硬件的进步，借助信息科学(包括人工智能(AI)和其他统计数学方法)，成像和显微分析上也迈入了新的阶段，本文也简要介绍一些算法上的进展，详见10.6节、11.4节、15.5.3小节和16.9节。

　　扫描电镜的易操作性、图像的易解释性让人印象深刻，用户友好降低了对操作培训的要求。但更易使人们自满，并潜意识地认为：扫描电镜只是一种昂贵的相机，且获取真实数据有关的所有问题均已得到解决。

　　因此，人们相信自己在照片上看到的一切都是正确的。另一方面，普通的使用者，以为操作扫描电镜只是聚焦和拍照，这样很难发挥出电镜更好的性能。

　　因此，学习扫描电镜的原理，领会技术在原理上的实现，感悟原理在技术上的表达，以及深入理解原理与技术的联系，有其必要性。对于新电镜的使用者或者寻购新电镜的用户，了解扫描电镜领域的新进展也十分重要。