扫描透射电镜的原理及应用

　　扫描透射电镜用电子束在样品的表面扫描，通过电子穿透样品成像。扫描透射电镜技术要求较高，要非常高的真空度，并且电子学系统比透射电镜和扫描电镜都要复杂。

扫描透射电镜是什么

　　扫描透射电镜是指透射电子显微镜中有扫描附件者，尤其是指采用场发射电子枪作成的扫描透射电镜。扫描透射电子显微分析是综合了扫描和普通透射电子分析的原理和特点而出现的一种新型分析方式。

　　扫描透射电镜是透射电子显微镜的一种发展。扫描线圈迫使电子探针在薄膜试样上扫描，与扫描电子显微镜不同之处在于探测器置于试样下方，探测器接受透射电子束流或弹性散射电子束流，经放大后，在荧光屏上显示与常规透射电子显微镜相对应的扫描透射电镜的明场像和暗场像。

扫描透射电镜的工作原理

　　扫描透射电镜成像方式与扫描电镜相似，不过接收的不是次级电子而是透射电子(包括部分小角散射电子)。样品也必须是薄膜，扫描透射电镜的分辨本领与电子束斑直径相当。专门的扫描透射电镜用高亮度场致发射电子枪(要求10^-10托的超高真空)。分辨本领能达0.3nm。

　　扫描透射电镜成像不同于一般的平行电子束TEM，EDS成像，它是利用会聚的电子束在样品上扫描来完成的。在扫描模式下，场发射电子源发射出电子，通过在样品前磁透镜以及光阑把电子束会聚成原子尺度的束斑。电子束斑聚焦在试样表面后，通过线圈控制逐点扫描样品的一个区域。在每扫描一点的同时，样品下面的探测器同步接收被散射的电子。对应于每个扫描位置的探测器接收到的信号转换成电流强度显示在荧光屏或计算机显示器上。样品上的每一点与所产生的像点一一对应。从探测器中间孔洞通过的电子可以利用明场探测器形成一般高分辨的明场像。环形探测器接受的电子形成暗场像。

　　利用扫描透射电镜已观察到轻元素支持膜上的单个重原子。对实际工作尤为重要的是可以利用它的微小电子束斑作极微区(几十埃)的晶体结构分析(用电子衍射)和成分分析(用电子束激发的标识X射线或者用电子能量损失谱)。目前商品透射电镜可以带有扫描透射电镜附件，不过因为没有高亮度场致发射枪，所以只能将束斑缩到几十埃。能做约10nm范围内的结构和成分分析。能在观察显微像的同时在其任意一个微小的局部做上述分析的电镜叫“分析电镜”。

扫描透射电镜的特点

　　1、扫描透射电镜技术要求较高，要非常高的真空度，并且电子学系统比TEM和SEM都要复杂。

　　2、加速电压低，可显著减少电子束对样品的损伤，而且可大大提高图像的衬度，特别适合于有机高分子、生物等软材料样品的透射分析。

　　3、可以观察较厚的试样和低衬度的试样。

　　4、扫描透射模式时物镜的强激励，可以实现微区衍射。

　　5、应用扫描电镜的扫描透射电镜模式观察生物样品时，样品无需染色直接观察即可获得较高衬度的图像。

扫描透射电镜的应用

　　透射电镜的加速电压较高(一般为120-200kV)，对于有机高分子、生物等软材料样品的穿透能力强，形成的透射像衬度低，而扫描电镜的加速电压较低(一般用10-30kV)，应用扫描透射电镜成透射像，可大大提高像的衬度。

　　应用透射电镜观察生物样品时，由于样品的衬度很低，须经过铀、铅等重金属染色才能获得其结构信息，然而染色不仅麻烦而且可能会改变样品的结构。在应用扫描透射电镜观察生物样品时，样品无需染色直接观察即可获得较高衬度的图像。

　　除了可显著提高透射像的衬度外，应用扫描透射电镜成像还有一个优势是可对样品同时成扫描二次电子像和透射像，既可以得到同一位置的表面形貌信息又可以得到内部结构信息，避免了在扫描电镜和透射电镜之间转换样品、定位样品的麻烦。

　　总之，随着科学研究的深入对于物质结构分析的要求越来越高，扫描透射电镜由于其衬度高、损伤小等特点，非常适合于有机高分子、生物等软材料的结构分析，将在此类材料的分析表征中发挥不可替代的作用。