摘 要：掃描電鏡與傳統(tǒng)的顯微鏡相比有著下列特點：倍率更高、分辨率更優(yōu)、景深更大，因此它被廣泛用于材料學、半導體器件及地質(zhì)、生物醫(yī)療、考古等領域的研究;也被用于產(chǎn)品品質(zhì)及生產(chǎn)過程的控制等，是當今最重要的科學研究儀器之一。本文主要分析了掃描電子顯微鏡的發(fā)展現(xiàn)狀，并對其市場應用進行了綜述。

關(guān)鍵詞：掃描電子顯微鏡;發(fā)展現(xiàn)狀;市場應用

一、 國內(nèi)外現(xiàn)狀和技術(shù)發(fā)展趨勢

由于電子束撞擊試樣物質(zhì)原子的原子核及電子會產(chǎn)生的各種電子信號，對這一系列電子信號進行收集、分析、處理能獲取試樣的表面形貌及內(nèi)部構(gòu)成的很多信息，并根據(jù)此原理，人們設計出掃描電子顯微鏡。

（一）國內(nèi)外現(xiàn)狀

掃描電鏡是當今被廣泛應用的最重要電子光學儀器之一。自從20世紀60～70年代中葉第一臺商用電子顯微鏡問世以來，英、德、荷、捷、日等國以及中國等相繼制造出各種規(guī)格的掃描電鏡。經(jīng)過近60年來的不斷發(fā)展與改進，掃描電鏡已成為一種智能化、數(shù)字化、多功能的大型電子光學分析儀器產(chǎn)品，不僅能夠進行形貌觀察記錄也能借助于所攜帶的附件來獲取試樣的物理、化學信息。

在分辨率指標方面：目前，商用SEM二次電子圖像的分辨率已經(jīng)能夠達到亞納米級別。當今世界上著名的生產(chǎn)廠商有蔡司、FEI、日立、日本電子等，F(xiàn)EI推出的商用掃描電鏡采用肖特基場發(fā)射電子槍使得二次電子圖像分辨率在世界上首先實現(xiàn)了亞納米級，其后Zeiss也推出了分辨率0.8nm@15kV的SEM;日立推出的冷場發(fā)射SEM二次電子分辨率最高可以達到了0.4nm。目前STEM分辨率最高可以達到亞埃級，JEOL的ARM200F的STEM衍射圖像分辨率最高可以達到0.08nm。

中國的電子顯微鏡研制是從1958年開始，由光機所及南京江南光學儀器廠完成了我國第一臺透射電子顯微鏡。1975年由KYKY完成了中國第一臺掃描電鏡制造。隨后在20世紀70年代國營南京江南光學儀器廠、上海新躍儀器廠，先后也試制成功各種類型的掃描電鏡，反映了當時我國電子顯微鏡制造業(yè)的蓬勃發(fā)展。在20世紀90年代以后，國內(nèi)電鏡企業(yè)發(fā)展遇到了重大挫折，技術(shù)人才嚴重分流、流失，行業(yè)發(fā)展的幾乎停滯，與國際技術(shù)水平的差距越來越大，導致目前僅有（原中國科學院科學儀器廠）還在繼續(xù)生產(chǎn)掃描電鏡，其他電鏡廠商已全軍覆沒。從總的來看，國產(chǎn)電鏡在功能與工藝上與國際先進水平很大的差距，這需要引起國家的高度重視，需要在戰(zhàn)略高度以及政策上給予極大的支持，推進中國電子光學事業(yè)及儀器的發(fā)展。

（二）技術(shù)發(fā)展趨勢

從掃描電鏡技術(shù)的發(fā)展來看，在今后一段時間，掃描電鏡的發(fā)展方向主要有以下兩個方面。

1. 向更高的分辨率方向發(fā)展

為了進一步提高掃描電鏡的分辨率，必須要研制出一種極小像差的電磁透鏡系統(tǒng)，以及超高亮度壽命更長的場發(fā)射電子槍系統(tǒng)，據(jù)說在這方面理論上已取得重大突破。另外，還需在現(xiàn)在的掃描電鏡設計中，對掃描電鏡的精密機械結(jié)構(gòu)設計，樣品臺的飄移控制和振動消除等方面有足夠的提高，在二次電子探測器中采用更新的探測器件來獲取更高的信噪比。

2. 向多功能化方向發(fā)展

掃描電子顯微鏡是利用電子束轟擊物質(zhì)原子的原子核及電子所產(chǎn)生的各種電子信號并對其進行收集、分析的一種高級分析儀器，那么如何充分利用電子束與物質(zhì)相互作用所產(chǎn)生各種電子信號，并同其他現(xiàn)代分析譜儀相結(jié)合，也將是掃描電鏡的發(fā)展的一個主要方向。目前已有一些成功的應用，主要有利用入射電子與物質(zhì)相互作用所產(chǎn)生元素的特征X射線譜來進行成分分析的X射線能譜分析儀（EDS）、X射線波譜分析儀（WDS）、和陰極發(fā)光譜的X射線熒光譜分析儀（XFS）和陰極發(fā)光譜分析儀（CLS）等。

二、 掃描電子顯微鏡的主要應用領域

掃描電鏡廣泛用于材料科學、生物醫(yī)學、法學鑒別、地質(zhì)學、考古學、半導體制造與失效分析。

（一）材料領域

掃描電子顯微鏡由于景深大，分辨高、放大倍數(shù)大、立體感強、樣品制備簡單的優(yōu)點以及可以對試樣進行微區(qū)成分分析的特性使其在材料的分析和研究方面有著非常廣泛的應用，主要應用于材料斷口觀察、偏析研究、材料夾雜物的微區(qū)成分分析、鍍膜層厚測量和納米材料分析等。掃描電鏡可以清楚地反映、記錄和分析這些微觀特征。

（二）生物、醫(yī)學領域

在生物醫(yī)學領域利用掃描電鏡可以觀察細胞組織及其內(nèi)部結(jié)構(gòu)，可以研究細胞的整個生命過程中的規(guī)律并可以結(jié)合各種制樣方式來進行免疫熒光檢測、染色體研究以及鑄型法研究等。

（三）其他領域

掃描電子顯微鏡可對被材料類觀察試樣進行微區(qū)化學成分分析。被觀察材料試樣內(nèi)部的夾雜物由于體積細小，分布無規(guī)則的特性無法采用常規(guī)的化學方法進行分析、鑒定，掃描電子顯微鏡可以利用其電子探針的特性通過EDS/WDS獲取所需要得到的數(shù)據(jù)，此外，在礦物物相研究、寶玉石鑒定、黏土礦物分析、天文地質(zhì)學中的宇宙塵、隕石和月巖的研究以及在冶金、考古、地質(zhì)、刑偵、機械、電機以及集成電路的線寬量測、材料斷面、結(jié)構(gòu)觀察等領域也有著廣泛的應用。

三、 結(jié)語

掃描電子顯微鏡是一個應用多重技術(shù)融合的高端設備，數(shù)學、物理學、材料、計算機及化學等自然科學技術(shù)的發(fā)展為電鏡的發(fā)展提供了強有力的支撐，掃描電鏡繼續(xù)在未來的科學技術(shù)等領域發(fā)揮重要的作用。因此，抓住掃描電鏡發(fā)展全新機遇，進一步提高掃描電鏡的技術(shù)及資金發(fā)展，從而促進各個技術(shù)產(chǎn)業(yè)領域的可持續(xù)發(fā)展。

參考文獻：

[1]郭素枝.掃描電鏡技術(shù)及其應用[M].廈門：廈門大學出版社，2006.

[2]章曉中.電子顯微分析[M].北京：清華大學出版社，2006.

作者簡介：

姚晨，南京江南永新光學有限公司。