臺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，臺式掃描電鏡主要聚焦兩個核心功能：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（結合EDS能譜探測器），因此臺式掃描電鏡可以得到廣泛應用。

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

提高SEM的可操作性是研發(fā)臺式掃描電鏡的動機之一。簡單友好的用戶界面使得用戶可以快速完成培訓，從而降低了掃描電鏡的操作技巧要求。臺式掃描電鏡操作很簡單，幾乎沒有經(jīng)驗的用戶也可以通過短時間的學習來獲取高質量的圖像。

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)境中才能正常運行。降低安裝環(huán)境要求是研發(fā)桌面式SEM的另一驅動力，小型化和專利防震的設計提升了系統(tǒng)對振動和電磁場的耐受性。臺式掃描電鏡不需要安裝在防磁防震環(huán)境中，甚至可以放置在產線旁、移動車廂內，搬運也非常方便，節(jié)省了空間以及場地改造費用，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)的周轉時間從幾小時到幾周不等。然而，臺式掃描電鏡可以直接放置在研究人員的實驗室里，并且也不局限于樓層限制，根據(jù)需要可以快速、及時使用。

4、總費用

落地式SEM由于設備的大尺寸和復雜性，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，包括改造安裝環(huán)境（防震防磁設備）費用、操作維護該系統(tǒng)所需的經(jīng)驗豐富的專家費用。因此在大多數(shù)情況下，購買并維護落地式SEM的成本很高。

購買臺式掃描電鏡不需要額外的改造安裝環(huán)境費用，可以快速學習并上手操作。易操作、成本低，因此對于大多數(shù)檢測應用來說，是一個非常具有吸引力的選擇。

總結：這兩種類型的掃描電子顯微鏡都能在工業(yè)和科學研究領域中發(fā)重要作用，但在選擇儀器時必須仔細權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，時效性和總體費用等。

落地式掃描電鏡的優(yōu)缺點

優(yōu)點

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0.1 nm至1nm（場發(fā)射槍型號），遠高于光學顯微鏡，適合觀察納米級微觀結構（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，適合粗糙或復雜表面分析。

2、強大的樣品適應性

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式電鏡更大。支持多種樣品類型（導電/非導電、磁性/非磁性），通過噴鍍或環(huán)境模式（低真空）擴展應用范圍。

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、晶體結構等信息。支持高溫、低溫或拉伸等原位實驗，研究材料動態(tài)行為。

4、高穩(wěn)定性與擴展性

落地式結構抗震性能好，適合長時間高精度成像（如連續(xù)數(shù)小時的EBSD分析）。模塊化設計便于升級（如更換電子槍、探測器），延長設備生命周期。

缺點

1、高昂的成本

落地式SEM價格通常在數(shù)十萬至數(shù)百萬美元，遠超臺式電鏡。而且落地式SEM需定期更換燈絲（如鎢燈絲）、維護真空系統(tǒng)，并支付專業(yè)工程師服務費。

2、體積龐大與安裝復雜

占地面積大，需專用實驗室空間，且需配備防震臺、冷卻系統(tǒng)（如水冷循環(huán)）和穩(wěn)定電源。安裝調試周期長，涉及真空系統(tǒng)校準、電子光路對中等復雜操作。

3、操作復雜性與培訓需求

需要專業(yè)技術人員操作，尤其涉及多探測器聯(lián)用或原位實驗時。樣品制備要求高（如非導電樣品需鍍導電層），耗時且增加實驗成本。

4、靈活性不足

難以移動或共享，僅限固定實驗室使用，不適合現(xiàn)場檢測或臨時任務。真空抽氣時間長（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束，掃描樣品表面。

2、電子束與樣品的相互作用

當高能電子束轟擊樣品表面時，會與樣品原子發(fā)生多種相互作用，產生多種信號：

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：如陰極發(fā)光（CL）、俄歇電子（Auger）等，用于特定材料分析。

3、掃描與信號探測

掃描線圈：電子束在樣品表面進行光柵掃描（逐行逐點掃描），覆蓋整個感興趣區(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。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轉換為電信號，經(jīng)放大和處理后，生成與掃描位置對應的圖像。圖像顯示在計算機屏幕上，反映樣品表面的形貌、成分或晶體結構信息。

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)定性和信號質量。對于非導電樣品，通常需要噴鍍一層導電膜（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）。放大倍數(shù)可達幾十萬倍，適合觀察納米級結構。