电子显微镜80载：推动科技跃迁

“在学校的理科课上，透过显微镜观察的那个瞬间，令我今生难忘”—— 拥有这般激动回忆的人应该不在少数吧。这份对微观世界的好奇，驱动着人类不断突破视觉极限。

电子显微镜，正是将不可见变为可见的“终极之眼”。它通过使用比光波长更短的“电子束”，可以呈现出光学显微镜无法观察到的微细结构。从金属陶瓷到生物组织，可观察的物质范围广泛，电子显微镜已成为企业生产工厂、研发部门、大学等研究机构和医疗机构不可或缺的专业检测手段。

我们日常接触的显微镜是光学显微镜。其原理是通过光线照射物体进行放大观察，但由于光波衍射特性，最小只能观察到约200nm（2/10000mm）。

※1 1纳米(nm)=1mm的百万分之一

电子显微镜利用波长比光更短的电子束，实现了分子乃至原子尺度的微观观察。该技术于1931年在德国提出，日立制作所从1940年代便开始了研发工作。

日立高新深耕电子显微镜研发80余年，缔造了多项改写历史的“世界首创”：

国产首台商用机“HU-2”（1942年）

艾滋病病毒立体图像观察(1985年)引发全球关注
 （图片来源：已故田中敬一·鸟取大学名誉教授）

电子显微镜主要分为TEM和SEM两类，其电子束照射样品的方式不同。分别介绍下它们的特点吧！

TEM（透射电子显微镜）是通过电子束照射样品，穿透的电子成像。

电子束透过率因样品结构和位置不同而存在差异，TEM可以捕捉到这些差异性。基础原理与光学显微镜相同。电子显微镜的历史正是从TEM开始书写的。

通过电子显微镜测定或识别目标的能力指标，被叫做“分辨率”，日立高新TEM的分辨率达到世界顶级的0.078 nm（78皮米※7※8），不仅支持静态观察还可进行动态记录。

※7 1皮米(pm)=0.001nm

※8 TEM观察手段之一“STEM（扫描透射电子显微镜）模式”下的数值

物质最小构成单位“原子”的直径约0.1 nm。凭借超越原子直径的分辨率和卓越的元素识别能力，TEM已成为纳米技术领域的新材料开发和生命科学结构解析中不可或缺的检测工具。

TEM观察时，需要将样品加工为电子束可以轻松穿透的超薄切片。日立高新通过自动化操作流程，大幅缩短了操作时间。

SEM（扫描电子显微镜）通过采用聚焦电子束对样品表面进行二维逐行扫描，通过探测器捕获电子束与样品相互作用激发的信号，经信号转换系统处理生成表面形貌图像。根据信号类型可以获取微观形貌和成分信息。

SEM与其他分析装置搭配使用，可以通过信号类型鉴定样品中所包含的元素（类型鉴定）。利用这一特性，可以广泛应用到半导体缺陷分析等中。

虽然SEM的分辨率不及TEM，如果是小样品，SEM可以不用加工直接观察。利用这一特征，成功观察到开篇所述的艾滋病病毒和DNA双螺旋立体像。

日立高新SEM发展的转折点是1972年发布的“场发射SEM（FE-SEM）”。日立FE-SEM通过将决定分辨率的电子束“亮度”提升至传统设备的1000倍，实现了观察能力的质的飞跃。

聚焦电子束的物镜性能也会影响分辨率。日立高新开发的“内透镜式”扫描电镜（SEM）成功将像差（模糊与畸变）降到最低。

全球首台“FE-SEM”（1972年）
 荣获“IEEE里程碑”和“显微镜遗产”认证

从1941年首台原型机“HU-1”诞生，到创下0.078纳米的原子级分辨率；从实证量子力学“AB效应”，到揭开DNA双螺旋的神秘面纱，日立高新的八十年，是一部用电子束重写人类认知边界的革新史。

如今，这份凝结于TEM与SEM中的极致洞察力，已成为半导体研发、病毒解析、新材料探索的科学基石，持续推动下一个时代的科技跃迁！