扫描电子显微镜的分类方法

目前，科学界已经成功研制出的扫描电子显微镜有普通扫描电子显微镜（SEM）、扫描透射电子显微镜（STEM）、场发射扫描电子显微镜（FESEM）、冷冻扫描电子显微镜（Cryo-SEM）、低压扫描电子显微镜（LVSEM）、环境扫描电子显微镜（ESEM）等。

1.场发射扫描电子显微镜　普通扫描电子显微镜利用热电子发射，而场发射扫描电子显微镜利用场致发射电子形式。

场发射电流不需要供给固体内电子额外的能量，而是靠很强的外部电场来压抑物体表面的势垒，使势垒的高度降低，宽度变窄。这样，物体内的大量电子就能穿透表面的势垒而逸出，这就是电子发射的量子隧穿效应。场致电子发射阴极可提供1.0×107A/cm2以上的电流密度，同时没有发射时间的迟滞。场发射枪比LaB6（CeB6）的电子束亮100倍，比钨灯丝高10000倍，是一个高性能的电子光源。场发射技术使电子束的束斑很细（最细束径小于0.5nm），具有很高的分辨率，可达0.4nm。

因此，场致发射是电子发射的一种非常有效的形式，可大幅提高扫描电子显微镜对微细结构的分析能力，能观察各种固体样品表面形貌的二次电子像、反射电子像及图像处理；配备的高性能X射线能谱仪能同时进行样品表层微区成分的定性、半定量和定量分析，获得元素分布图。

2.环境扫描电子显微镜　环境扫描电子显微镜既可在高真空状态下工作，也可在低真空状态下工作。利用高真空功能时，对于非导电材料和湿润试样，必须经过固定、脱水、干燥、镀膜等一系列处理后方可观察。利用低真空功能，样品可省略预处理环节，直接观察样品，不存在化学固定所产生的各种问题，甚至可观察活体生物样品，但只能进行较短时间的观察，因此只适合于含水量较少的生物样品，对于高含水量样品的观察仍存在技术困难。

3.低压扫描电子显微镜　普通扫描电子显微镜的加速电压为20～50kV，低压扫描电子显微镜的加速电压低于5kV。低压扫描电子显微镜的特点是：能减小试样荷电效应，改善图像质量，可观察到试样表面的更多细节，同时减轻电子束辐射对样品的损伤。图3-41为人造多孔纤维的二次电子像，在高速电压下，纤维受到电子束损伤（箭头所指）。(www.xing528.com)

图3-41　人造多孔纤维的二次电子像

随着场发射电子枪的应用，通过提高电子枪发射电流密度，即使在很低的工作电压（如1kV）下，仍能保证有足够大的电子束流。由此，可应用二次电子发射的数量效应来开拓新的应用领域，例如，进行金属和合金显微组织（微米级）的氧化动力学研究，对多相陶瓷的显微组织进行物相鉴定等。

4.冷冻扫描电子显微镜　冷冻扫描电子显微镜又称低温扫描电子显微镜，它是把冷冻样品制备技术与扫描电子显微镜融为一体的一种新型扫描电子显微镜。冷冻扫描电子显微镜特别适合于含水样品的观察，尤其是含水量高、脆弱和细小的生物样品，如真菌、植物根毛等生物样品。

冷冻扫描电子显微镜技术利用冷冻固定代替普通扫描电子显微镜的化学固定。在冷冻扫描电子显微镜技术中，生物样品经快速冷冻固定后直接在冷冻扫描电子显微镜下观察，可使生物样品保持接近生活时的状态，避免由常规样品处理产生的问题，又能适应扫描电子显微镜的各种真空环境。冷冻扫描电子显微镜还具有冷冻断裂和通过控制样品升华来选择性去除表面水（冰）分的功能，从而能观察样品内部的超微结构。

5.扫描透射电子显微镜　在扫描电子显微镜测试中，如果试样较薄，入射电子照射时会有一部分电子透过试样，其中既有弹性散射电子，也有非弹性散射电子，其能量取决于试样的性质和厚度。这部分透射电子可以用来成像，这就是扫描透射像。