臺(tái)式掃描電鏡與落地式掃描電鏡的區(qū)別

1、探測器

根據(jù)市場需求，多數(shù)用戶表示，使用掃描電鏡的主要做形貌的觀測和成分的分析。因此，臺(tái)式掃描電鏡主要聚焦兩個(gè)核心功能：用于形貌觀測（集成背散射電子探測器（BSD）和二次電子探測器（SED），以及用于成分分析（結(jié)合EDS能譜探測器），因此臺(tái)式掃描電鏡可以得到廣泛應(yīng)用。

落地式電鏡則可以滿足一些特定研究的需求，比如可以添加不同的探測器：WDS（波譜儀）、CL（陰極熒光）和XRF（X射線熒光光譜儀）等。

2、易操作性

落地式掃描電鏡系統(tǒng)更為復(fù)雜，新用戶需要在短期內(nèi)掌握全新的知識(shí)。盡管全面掌握掃描電鏡系統(tǒng)的各個(gè)參數(shù)設(shè)定可能會(huì)有好處，但大量的選項(xiàng)也增加了操作的復(fù)雜性，這給沒有經(jīng)驗(yàn)的用戶帶來了很大的挑戰(zhàn)。除此之外，落地式SEM大多需要進(jìn)行大量培訓(xùn)，因此通常需要一名專職技術(shù)人員來制備樣品、操作并進(jìn)行維護(hù)。

提高SEM的可操作性是研發(fā)臺(tái)式掃描電鏡的動(dòng)機(jī)之一。簡單友好的用戶界面使得用戶可以快速完成培訓(xùn)，從而降低了掃描電鏡的操作技巧要求。臺(tái)式掃描電鏡操作很簡單，幾乎沒有經(jīng)驗(yàn)的用戶也可以通過短時(shí)間的學(xué)習(xí)來獲取高質(zhì)量的圖像。

3、安裝環(huán)境要求

落地式SEM需要占據(jù)大量的空間來容納整個(gè)電鏡系統(tǒng)，甚至需要專門的安裝房間，并在特定的防磁防震環(huán)境中才能正常運(yùn)行。降低安裝環(huán)境要求是研發(fā)桌面式SEM的另一驅(qū)動(dòng)力，小型化和專利防震的設(shè)計(jì)提升了系統(tǒng)對(duì)振動(dòng)和電磁場的耐受性。臺(tái)式掃描電鏡不需要安裝在防磁防震環(huán)境中，甚至可以放置在產(chǎn)線旁、移動(dòng)車廂內(nèi)，搬運(yùn)也非常方便，節(jié)省了空間以及場地改造費(fèi)用，增加了使用場景的靈活性。

落地式SEM通常放置在專門的顯微鏡中心，并由專門的人員進(jìn)行管理和操作。需要使用SEM的研究人員必須將樣品帶到中心，并尋求專家的幫助，以此來獲取他們需要的圖像信息。這意味著急需數(shù)據(jù)的周轉(zhuǎn)時(shí)間從幾小時(shí)到幾周不等。然而，臺(tái)式掃描電鏡可以直接放置在研究人員的實(shí)驗(yàn)室里，并且也不局限于樓層限制，根據(jù)需要可以快速、及時(shí)使用。

4、總費(fèi)用

落地式SEM由于設(shè)備的大尺寸和復(fù)雜性，想要購買落地式掃描電鏡的人員還必須考慮該儀器額外的花費(fèi)，包括改造安裝環(huán)境（防震防磁設(shè)備）費(fèi)用、操作維護(hù)該系統(tǒng)所需的經(jīng)驗(yàn)豐富的專家費(fèi)用。因此在大多數(shù)情況下，購買并維護(hù)落地式SEM的成本很高。

購買臺(tái)式掃描電鏡不需要額外的改造安裝環(huán)境費(fèi)用，可以快速學(xué)習(xí)并上手操作。易操作、成本低，因此對(duì)于大多數(shù)檢測應(yīng)用來說，是一個(gè)非常具有吸引力的選擇。

總結(jié)：這兩種類型的掃描電子顯微鏡都能在工業(yè)和科學(xué)研究領(lǐng)域中發(fā)重要作用，但在選擇儀器時(shí)必須仔細(xì)權(quán)衡兩種類型掃描電鏡的參數(shù)以及易操作性、安裝環(huán)境要求，時(shí)效性和總體費(fèi)用等。

落地式掃描電鏡的優(yōu)缺點(diǎn)

優(yōu)點(diǎn)

1、高分辨率與深度場

采用高能電子束掃描樣品表面，分辨率可達(dá)0.1 nm至1nm（場發(fā)射槍型號(hào)），遠(yuǎn)高于光學(xué)顯微鏡，適合觀察納米級(jí)微觀結(jié)構(gòu)（如材料晶界、納米顆粒）。景深大，能清晰呈現(xiàn)樣品的三維形貌，適合粗糙或復(fù)雜表面分析。

2、強(qiáng)大的樣品適應(yīng)性

可容納大尺寸或較厚樣品（如金屬斷口、巖石、生物組織），樣品室空間通常比臺(tái)式電鏡更大。支持多種樣品類型（導(dǎo)電/非導(dǎo)電、磁性/非磁性），通過噴鍍或環(huán)境模式（低真空）擴(kuò)展應(yīng)用范圍。

3、多功能分析能力

集成多種探測器（如二次電子（SE）、背散射電子（BSE）、能譜儀（EDS）、電子背散射衍射（EBSD）），可同步獲取形貌、成分、晶體結(jié)構(gòu)等信息。支持高溫、低溫或拉伸等原位實(shí)驗(yàn)，研究材料動(dòng)態(tài)行為。

4、高穩(wěn)定性與擴(kuò)展性

落地式結(jié)構(gòu)抗震性能好，適合長時(shí)間高精度成像（如連續(xù)數(shù)小時(shí)的EBSD分析）。模塊化設(shè)計(jì)便于升級(jí)（如更換電子槍、探測器），延長設(shè)備生命周期。

缺點(diǎn)

1、高昂的成本

落地式SEM價(jià)格通常在數(shù)十萬至數(shù)百萬美元，遠(yuǎn)超臺(tái)式電鏡。而且落地式SEM需定期更換燈絲（如鎢燈絲）、維護(hù)真空系統(tǒng)，并支付專業(yè)工程師服務(wù)費(fèi)。

2、體積龐大與安裝復(fù)雜

占地面積大，需專用實(shí)驗(yàn)室空間，且需配備防震臺(tái)、冷卻系統(tǒng)（如水冷循環(huán)）和穩(wěn)定電源。安裝調(diào)試周期長，涉及真空系統(tǒng)校準(zhǔn)、電子光路對(duì)中等復(fù)雜操作。

3、操作復(fù)雜性與培訓(xùn)需求

需要專業(yè)技術(shù)人員操作，尤其涉及多探測器聯(lián)用或原位實(shí)驗(yàn)時(shí)。樣品制備要求高（如非導(dǎo)電樣品需鍍導(dǎo)電層），耗時(shí)且增加實(shí)驗(yàn)成本。

4、靈活性不足

難以移動(dòng)或共享，僅限固定實(shí)驗(yàn)室使用，不適合現(xiàn)場檢測或臨時(shí)任務(wù)。真空抽氣時(shí)間長（尤其大樣品室），降低檢測效率。

落地式掃描電鏡的原理

1、電子束的產(chǎn)生與聚焦

電子槍：電子槍發(fā)射高能電子束，通常使用鎢燈絲或場發(fā)射槍（FEG）作為電子源。場發(fā)射槍能提供更高亮度和更細(xì)的電子束，適合高分辨率成像。

電磁透鏡：電子束經(jīng)過聚光鏡和物鏡的聚焦，形成直徑僅為幾納米的細(xì)束，掃描樣品表面。

2、電子束與樣品的相互作用

當(dāng)高能電子束轟擊樣品表面時(shí)，會(huì)與樣品原子發(fā)生多種相互作用，產(chǎn)生多種信號(hào)：

二次電子（SE）：低能電子（<50 eV），主要來自樣品表面幾納米深度，對(duì)表面形貌敏感，用于獲取高分辨率的表面形貌圖像。

背散射電子（BSE）：高能電子（接近入射電子能量），來自樣品較深區(qū)域（幾百納米），對(duì)原子序數(shù)敏感，用于區(qū)分不同成分區(qū)域。

特征X射線：電子束激發(fā)樣品原子內(nèi)層電子躍遷，釋放特征X射線，用于元素成分分析（通過能譜儀EDS或波譜儀WDS）。

其他信號(hào)：如陰極發(fā)光（CL）、俄歇電子（Auger）等，用于特定材料分析。

3、掃描與信號(hào)探測

掃描線圈：電子束在樣品表面進(jìn)行光柵掃描（逐行逐點(diǎn)掃描），覆蓋整個(gè)感興趣區(qū)域。

探測器：不同探測器分別收集二次電子、背散射電子等信號(hào)。例如：

二次電子探測器（ETD）：用于表面形貌成像。

背散射電子探測器（BSD）：用于成分對(duì)比成像。

能譜儀（EDS）：用于元素成分分析。

4、圖像生成與顯示

探測器將收集到的電子信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，經(jīng)放大和處理后，生成與掃描位置對(duì)應(yīng)的圖像。圖像顯示在計(jì)算機(jī)屏幕上，反映樣品表面的形貌、成分或晶體結(jié)構(gòu)信息。

5、真空環(huán)境

SEM需要在高真空環(huán)境（通常<10^-4 Pa）中工作，以避免電子束與空氣分子碰撞，確保電子束的穩(wěn)定性和信號(hào)質(zhì)量。對(duì)于非導(dǎo)電樣品，通常需要噴鍍一層導(dǎo)電膜（如金或碳），以防止電荷積累影響成像。

6、分辨率與放大倍數(shù)

分辨率取決于電子束直徑和樣品特性，落地式SEM的分辨率通常為0、1 nm至1 nm（場發(fā)射槍型號(hào)）。放大倍數(shù)可達(dá)幾十萬倍，適合觀察納米級(jí)結(jié)構(gòu)。