sem扫描电镜中的透射模式STEM成像原理

扫描电子显微镜已成为表征物质微观结构不可或缺的仪器。在扫描电镜中，电子束与试样的物质发生相互作用，可产生二次电子、特征X射线、背散射电子等多种的信号，通过采集二次电子、背散射电子得到有关物质表面微观形貌的信息，背散射电子衍射花样得到晶体结构信息，特征X-射线得到物质化学成分的信息，这些得到的都是接近样品表面的信息。

在sem扫描电镜上配置透射附件，应用透射模式可得到物质的内部结构信息，使其既有扫描电镜的功能，又具备透射电镜的功能，与透射电镜相比，由于其加速电压低，所以可显著减少电子束对样品的损伤，而且可大大提高图像的衬度，特别适合于有机高分子、生物等软材料样品的透射分析。

扫描透射像的形成原理

在sem扫描电镜中，电子束与薄样品相互作用时，会有一部分电子透过样品，这一部分透射电子也可用来成像，其形成的像就是扫描透射像

扫描电镜的STEM图像跟透射电镜类似，也分为明场像和暗场像，明场像的探测器安装在sem扫描电镜样品的正下方，当入射电子束穿过样品后，散射角度较小的电子经过光阑孔选择后进入明场探测器形成透射明场像，散射角比较大的电子经DF-STEM电极板反射，由二次电子探头接受形成暗场像。由于扫描电镜中暗场像的信号较弱，在此我们主要讨论明场像。

透射像的衬度

透射电子像的形成主要是入射电子束与样品发生相互作用，当电子束穿过样品逸出下表面时，电子束的强度发生了变化，从而投影到荧光屏上的强度是不均匀的，这种强度不均匀就形成了透射像。通常以衬度来描述透射电子所成的像，衬度指样品电子像上相邻区域的电子束强度差，即图像的对比度，可以下式表示:

式中，1为电子像中样品区域的电子束强度，12为相邻区域的电子束强度。通常，人眼不能分辨小千5%的衬度差别，其至区分10%的衬度差别也有困难，但是用CCD相机等记录下数字化的电子化图像，再进行处理可增大衬度使人眼能够分辨。

电子束被样品散射后，根据样品的性质不同，电子束的振幅和相位会发生相应的改变，形成振幅衬度像和相位衬度像，其中由于样品的质量或者厚度的差异造成的透射电子束强度的差异而形成的衬度称为质厚衬度，非晶材料的透射像衬度主要为质厚衬度像。入射电子透过样品时碰到的原子数越多即样品越厚，或者样品原子核库仑电场越强即原子序数或密度越大，被散射的大角度的电子越多，被挡在物镜光阑之外越多，成像系统接受的电子数越少，那么衬度高，反之衬度越低。

生物、有机高分子类样品主要由轻元素组成，原子序数相差小，对电子的散射几率小，因此衬度低，通过降低加速电压的方法可提高衬度。