Сравнение электронных микроскопов СЭМ/РЭМ и ПЭМ) (SEM и TEM)
| Характеристика | SEM (СЭМ / РЭМ — сканирующий, растровый) |
TEM (ПЭМ — просвечивающий) |
|---|---|---|
| Полное название | Scanning Electron Microscope | Transmission Electron Microscope |
| Тип изображения | Поверхность (3D-эффект) | Внутренняя структура (2D-проекция) |
| Принцип работы | Сканирование поверхности электронным пучком | Прохождение пучка через тонкий образец |
| Источник сигнала | Вторичные и обратнорассеянные электроны (SE, BSE) | Прошедшие и дифрагированные электроны |
| Разрешение | ~0,5–2 нм | До 0,05 нм (атомный уровень) |
| Максимальное увеличение (теория) | До 1 000 000× | Более 50 000 000× |
| Максимальное увеличение (практика) | ~500 000× | ~2–5 млн× |
| Глубина резкости | Высокая, глубоко фокусируемая | Низкая |
| Требования к образцу | Проводящий, не обязательно тонкий | Очень тонкий (<100 нм), прозрачный для электронов |
| Подготовка образца | Простая, возможно покрытие металлом | Сложная: срезка, ионная полировка, установка в держатель |
| Типичные области применения | Материаловедение, покрытие, рельеф, дефекты, наноструктуры | Кристаллография, наночастицы, вирусы, атомная решётка |
| Ускоряющее напряжение | 1–30 кВ | 80–300 кВ |
Примечание: СЭМ (SEM) и РЭМ — это одно и то же: сканирующий (растровый) электронный микроскоп. ПЭМ (TEM) — просвечивающий электронный микроскоп. Разница между ними — в глубине анализа: SEM показывает поверхность, а TEM — внутреннюю структуру с атомной детализацией.
Принцип формирования изображения
РЭМ (SEM) сканирует образец узким электронным пучком по растровой траектории и регистрирует испущенные при этом электроны. При взаимодействии пучка с поверхностью образца в РЭМ создаются вторичные электроны (сигналы от малой глубины проникновения) и обратнорассеиваемые электроны (от более глубоких слоёв), которые детектируются и формируют изображение топографии поверхности. В отличие от РЭМ, в ПЭМ (TEM) изображение строится на основе пропущенных через тонкий образец электронов. Образец помещается «в средине» колонны микроскопа, и транслирующийся сквозь него пучок формирует на флуоресцентном экране или матрице статичное проекционное изображение внутренней структуры образца.
Источник сигнала
В РЭМ основными источниками сигнала для изображения являются вторичные электроны (SE) и обратнорассеянные электроны (BSE), образующиеся при взаимодействии электронного пучка с поверхностным слоем образца. Вторичные электроны дают информацию о мелких неровностях поверхности (отражают топографию), а BSE подчёркивают контраст по составу (тяжёлые элементы рассеивают больше электрона). В ПЭМ основной сигнал – это пропущенные через образец электроны (прямой пучок и дифрагированные лучи). Из них формируется яркостное или тёмное поле; кроме того, TEM позволяет получать электронодифракционные картины для изучения кристаллитов.
Ускоряющее напряжение
РЭМ обычно работает при ускоряющем напряжении порядка 1–30 кВ, что позволяет настраивать глубину проникновения пучка. В ПЭМ используются более высокие напряжения – 30–300 кВ, иногда выше. Это необходимо, чтобы электронный пучок прошёл через тонкий образец и обеспечил высокое разрешение.
Максимальное увеличение
SEM: до ≈1 000 000× (на практике — эффективное увеличение до ~500 000×).
TEM: более 50 000 000× (на практике — полезное увеличение до ~2–5 миллионов при атомном разрешении).
Разрешение
Разрешающая способность SEM — 0,5–2 нм. Современные TEM достигают разрешения менее 0,1 нм (суб-Å уровень), что позволяет видеть атомную структуру материалов.
Глубина резкости
Глубина резкости SEM гораздо выше, чем у TEM, что позволяет получать изображение рельефных образцов с псевдо-3D эффектом. У TEM глубина мала, и детали вне фокуса сильно размываются.
Требования к образцу
SEM допускает относительно «толстые» образцы, но требует проводящего покрытия. TEM требует очень тонких (до 100 нм и меньше) образцов, способных пропускать электронный пучок. Подготовка сложнее и занимает больше времени.
Основные области применения
- РЭМ (SEM): топография поверхностей, контроль качества, микроанализ в металлургии, микроэлектронике, геологии, биологии.
- ПЭМ (TEM): анализ внутренней структуры, кристалличности, наночастиц, вирусов, клеток, изучение атомных дефектов и фазовых границ.
08.07.2025
