台式扫描电镜与落地式扫描电镜的区别 落地式扫描电镜的优缺点

台式扫描电镜与落地式扫描电镜的区别

1、探测器

根据市场需求，多数用户表示，使用扫描电镜的主要做形貌的观测和成分的分析。因此，台式扫描电镜主要聚焦两个核心功能：用于形貌观测（集成背散射电子探测器（BSD）和二次电子探测器（SED），以及用于成分分析（结合EDS能谱探测器），因此台式扫描电镜可以得到广泛应用。

落地式电镜则可以满足一些特定研究的需求，比如可以添加不同的探测器：WDS（波谱仪）、CL（阴极荧光）和XRF（X射线荧光光谱仪）等。

2、易操作性

落地式扫描电镜系统更为复杂，新用户需要在短期内掌握全新的知识。尽管全面掌握扫描电镜系统的各个参数设定可能会有好处，但大量的选项也增加了操作的复杂性，这给没有经验的用户带来了很大的挑战。除此之外，落地式SEM大多需要进行大量培训，因此通常需要一名专职技术人员来制备样品、操作并进行维护。

提高SEM的可操作性是研发台式扫描电镜的动机之一。简单友好的用户界面使得用户可以快速完成培训，从而降低了扫描电镜的操作技巧要求。台式扫描电镜操作很简单，几乎没有经验的用户也可以通过短时间的学习来获取高质量的图像。

3、安装环境要求

落地式SEM需要占据大量的空间来容纳整个电镜系统，甚至需要专门的安装房间，并在特定的防磁防震环境中才能正常运行。降低安装环境要求是研发桌面式SEM的另一驱动力，小型化和专利防震的设计提升了系统对振动和电磁场的耐受性。台式扫描电镜不需要安装在防磁防震环境中，甚至可以放置在产线旁、移动车厢内，搬运也非常方便，节省了空间以及场地改造费用，增加了使用场景的灵活性。

落地式SEM通常放置在专门的显微镜中心，并由专门的人员进行管理和操作。需要使用SEM的研究人员必须将样品带到中心，并寻求专家的帮助，以此来获取他们需要的图像信息。这意味着急需数据的周转时间从几小时到几周不等。然而，台式扫描电镜可以直接放置在研究人员的实验室里，并且也不局限于楼层限制，根据需要可以快速、及时使用。

4、总费用

落地式SEM由于设备的大尺寸和复杂性，想要购买落地式扫描电镜的人员还必须考虑该仪器额外的花费，包括改造安装环境（防震防磁设备）费用、操作维护该系统所需的经验丰富的专家费用。因此在大多数情况下，购买并维护落地式SEM的成本很高。

购买台式扫描电镜不需要额外的改造安装环境费用，可以快速学习并上手操作。易操作、成本低，因此对于大多数检测应用来说，是一个非常具有吸引力的选择。

总结：这两种类型的扫描电子显微镜都能在工业和科学研究领域中发重要作用，但在选择仪器时必须仔细权衡两种类型扫描电镜的参数以及易操作性、安装环境要求，时效性和总体费用等。

落地式扫描电镜的优缺点

优点

1、高分辨率与深度场

采用高能电子束扫描样品表面，分辨率可达0.1 nm至1nm（场发射枪型号），远高于光学显微镜，适合观察纳米级微观结构（如材料晶界、纳米颗粒）。景深大，能清晰呈现样品的三维形貌，适合粗糙或复杂表面分析。

2、强大的样品适应性

可容纳大尺寸或较厚样品（如金属断口、岩石、生物组织），样品室空间通常比台式电镜更大。支持多种样品类型（导电/非导电、磁性/非磁性），通过喷镀或环境模式（低真空）扩展应用范围。

3、多功能分析能力

集成多种探测器（如二次电子（SE）、背散射电子（BSE）、能谱仪（EDS）、电子背散射衍射（EBSD）），可同步获取形貌、成分、晶体结构等信息。支持高温、低温或拉伸等原位实验，研究材料动态行为。

4、高稳定性与扩展性

落地式结构抗震性能好，适合长时间高精度成像（如连续数小时的EBSD分析）。模块化设计便于升级（如更换电子枪、探测器），延长设备生命周期。

缺点

1、高昂的成本

落地式SEM价格通常在数十万至数百万美元，远超台式电镜。而且落地式SEM需定期更换灯丝（如钨灯丝）、维护真空系统，并支付专业工程师服务费。

2、体积庞大与安装复杂

占地面积大，需专用实验室空间，且需配备防震台、冷却系统（如水冷循环）和稳定电源。安装调试周期长，涉及真空系统校准、电子光路对中等复杂操作。

3、操作复杂性与培训需求

需要专业技术人员操作，尤其涉及多探测器联用或原位实验时。样品制备要求高（如非导电样品需镀导电层），耗时且增加实验成本。

4、灵活性不足

难以移动或共享，仅限固定实验室使用，不适合现场检测或临时任务。真空抽气时间长（尤其大样品室），降低检测效率。

落地式扫描电镜的原理

1、电子束的产生与聚焦

电子枪：电子枪发射高能电子束，通常使用钨灯丝或场发射枪（FEG）作为电子源。场发射枪能提供更高亮度和更细的电子束，适合高分辨率成像。

电磁透镜：电子束经过聚光镜和物镜的聚焦，形成直径仅为几纳米的细束，扫描样品表面。

2、电子束与样品的相互作用

当高能电子束轰击样品表面时，会与样品原子发生多种相互作用，产生多种信号：

二次电子（SE）：低能电子（<50 eV），主要来自样品表面几纳米深度，对表面形貌敏感，用于获取高分辨率的表面形貌图像。

背散射电子（BSE）：高能电子（接近入射电子能量），来自样品较深区域（几百纳米），对原子序数敏感，用于区分不同成分区域。

特征X射线：电子束激发样品原子内层电子跃迁，释放特征X射线，用于元素成分分析（通过能谱仪EDS或波谱仪WDS）。

其他信号：如阴极发光（CL）、俄歇电子（Auger）等，用于特定材料分析。

3、扫描与信号探测

扫描线圈：电子束在样品表面进行光栅扫描（逐行逐点扫描），覆盖整个感兴趣区域。

探测器：不同探测器分别收集二次电子、背散射电子等信号。例如：

二次电子探测器（ETD）：用于表面形貌成像。

背散射电子探测器（BSD）：用于成分对比成像。

能谱仪（EDS）：用于元素成分分析。

4、图像生成与显示

探测器将收集到的电子信号转换为电信号，经放大和处理后，生成与扫描位置对应的图像。图像显示在计算机屏幕上，反映样品表面的形貌、成分或晶体结构信息。

5、真空环境

SEM需要在高真空环境（通常<10^-4 Pa）中工作，以避免电子束与空气分子碰撞，确保电子束的稳定性和信号质量。对于非导电样品，通常需要喷镀一层导电膜（如金或碳），以防止电荷积累影响成像。

6、分辨率与放大倍数

分辨率取决于电子束直径和样品特性，落地式SEM的分辨率通常为0、1 nm至1 nm（场发射枪型号）。放大倍数可达几十万倍，适合观察纳米级结构。