扫描透射电子显微镜 (STEM) 技术详解及其与SEM、TEM的对比

扫描透射电子显微镜 (STEM) 

01 扫描透射电子显微镜 (STEM) 是什么？

扫描透射电子显微镜（Scanning Transmission Electron Microscopy，STEM）是从透射电子显微镜（TEM）发展而来的高级分析技术，特别是采用场发射电子枪制作的STEM。它结合了扫描和普通透射电子分析的原理和特点，具有亚埃米级的空间分辨率，能够在纳米和原子尺度上对材料的微结构与精细化学组分进行表征与分析。STEM在冶金、材料科学、环境科学、生物科学等领域展现出巨大的应用潜力。

02 STEM的基本原理

场发射电子枪激发的电子束经过精密的聚光系统后，被汇聚成原子尺度的电子束斑，作为高度聚焦的电子探针。在扫描线圈的控制下，这个电子探针在样品上进行逐点光栅扫描。STEM成像不同于平行电子束的TEM，它利用聚焦的电子束在样品上扫描，而探测器则置于样品下方，接收透射电子束流或弹性散射电子束流，经放大后在荧光屏上显示出明场像和暗场像。通过不同的成像模式收集散射信号，可以获取同一位置的不同图像，从而反映材料的不同信息。

03 STEM的设备构成

扫描透射电子显微镜兼具扫描成像与透射分析的特点，其仪器结构可视为SEM与TEM的结合。STEM主要由电子枪、电子光学系统、样品室、环形探测器与成像设备等组成。与TEM的主要区别在于添加了扫描附件；与SEM的不同在于电子信号探测器被安置在样品下方。

04 STEM的优缺点

优点：

• 成像质量高，受样品厚度与仪器干涉小。
• 可达到原子分辨率。
• 结果分析简单、直观。
• 能够快速获取样品的综合信息，成像效率高。

缺点（与SEM、TEM共有）：

• 制样时间长，对样品的要求高。
• 一些材料在高能电子束中不稳定。
• 测试成本高，仪器分布稀少。

05 SEM、TEM、STEM的对比