一、分析掃描電鏡和X射線能譜儀

目前，使用最廣的常規鎢絲陰極掃描電鏡的分辨本領已達3.5nm左右，加速電壓范圍為0.2—30kV。掃描電鏡配備X射線能譜儀EDS后發展成分析掃描電鏡，不僅比X射線波譜儀WDS分析速度快、靈敏度高、也可進行定性和無標樣定量分析。EDS發展十分迅速，已成為儀器的一個重要組成部分，甚至與其融為一體。但是，EDS也存在不足之處，如能量分辨率低，一般為129—155eV，以及Si（Li）晶體需在低溫下使用（液氮冷卻）等。X射線波譜儀分辨率則高得多，通常為5—10eV，且可在室溫下工作。

1972年起EDAX公司發展了一種ECON系列無窗口探測器，可滿足分析超輕元素時的一些特殊需求，但Si（Li）晶體易受污染。1987年Kevex公司開發了能承受一個大氣壓力差的ATW超薄窗，避免了上述缺點，可以探測到B，C，N，O等超輕元素，為大量應用創造了條件。

目前，美國Kevex公司的Quantifier，Noran公司的Extreme，Link公司的Ultracool，EDAX公司的Sapphire等Si（Li）探測器都屬于這種單窗口超輕元素探測器，分辨率為129eV，133eV等，探測范圍擴展到了5B—92U。為克服傳統Si（Li）探測器需使用液氮冷卻帶來的不便，1989年Kevex公司推出了可不用液氮的Superdry探測器，Noran公司也生產了用溫差電制冷的Freedom探測器（配有小型冷卻循環水機），和壓縮機制冷的Cryocooled探測器。這兩種探測器必須晝夜24小時通電，適合于無液氮供應的單位。現在使用的大多還是改進的液氮冷卻Si（Li）探測器，只需在實際工作時加入液氮冷卻，平時不必維持液氮的供給。最近發展起來的高純鍺Ge探測器，不僅提高了分辨率，而且擴大了探測的能量范圍（從25keV擴展到100keV），特別適用于透射電鏡：如Link的GEM型的分辨率已優于115eV（MnKα）和65eV（FKα），Noran的Explorer

Ge探測器，探測范圍可達100keV等。1995年中國科學院上海原子核研究所研制成了Si（Li）探測器，能量分辨率為152eV。中國科學院北京科學儀器研制中心也生產了X射線能譜分析系統Finder-1000，硬件借鑒Noran公司的功能電路，配以該公司的探測器，采用Windows操作系統，開發了自己的圖形化能譜分析系統程序。

二、X射線波譜儀和電子探針儀

現代SEM大多配置了EDS探測器以進行成分分析。當需低含量、精確定量以及超輕元素分析時，則可再增加1到4道X射線波譜儀WDS。Microspec公司的全聚焦WDX-400，WDX-600型分別配有4塊和6塊不同的衍射晶體，能檢測到5B（4Be）以上的各種元素。該譜儀可以傾斜方式裝在掃描電鏡試樣室上，以便對水平放置的試樣進行分析，而不必如垂直譜儀那樣需用光學顯微鏡來精確調整試樣離物鏡的工作距離。為滿足大量多元素試樣的超輕元素，低含量，高速定性、定量常規分析的需求，法國Cameca公司長期生產電子探針儀，SX50和SXmacro型配備4道WDS及1道EDS，物鏡內裝有同軸光學顯微鏡可以隨時觀察分析區域。島津公司最近生產的計算機控制EPMA-1600型電子探針，可配置2—5道WDS和1道EDS，試樣最大尺寸為100mm×100mm×50mm（厚），二次電子圖像分辨率為6nm。JEOL公司也生產了計算機控制的JXA-8800電子探針和JXA-8900系列WD／ED綜合顯微分析系統—超電子探針，可裝5道X射線光譜儀和1道X射線能譜儀，元素分析范圍為5B—92U，二次電子圖像分辨率為6nm。

Noran公司下屬的Peak公司最近發展了一種嶄新的APeX全參數X射線光譜儀，與傳統的機械聯動機構完全不同，由計算機控制6個獨立的伺服馬達分別調節分光晶體的位置和傾角以及X射線探測器的X、Y坐標和狹縫寬度。配有4塊標準的分光晶體可分析5B（4Be）以上的元素。羅蘭圓半徑隨分析元素而變，可分別為170，180，190和200mm，以獲得最高的計數率，提高了分析精度和靈活性。Noran公司還推出了稱為MAXray的X射線平行束光譜儀，將最新的X光學研究成果——準平行束整體X光透鏡置于試樣上的X射線發射點和分析晶體之間，提高了接收X射線的立體角，比一般WDS的強度提高了50倍左右。可分析100eV—1.8keV能量范圍內的K、L、M線，特別有利于低電壓、低束流分析，對Be、B、C、N、O和F的分辨率可高達5—15eV，兼有WDS的高分辨率和EDS的高收集效率。這兩種新型X射線光譜儀可望得到廣泛的應用。

三、場發射槍掃描電鏡和低壓掃描電鏡

場發射掃描電鏡得到了很大的發展。日立公司推出了冷場發射槍掃描電鏡，Amray公司則生產熱場發射槍掃描電鏡，不僅提高了常規加速電壓時的分辨本領，還顯著改善了低壓性能。低壓掃描電鏡LVSEM由于可以提高成像的反差，減少甚至消除試樣的充放電現象并減少輻照損傷，因此受到了人們的囑目。JEOL公司的JSM-6000F型場發射超高分辨SEM的分辨本領在加速電壓30kV時達0.6nm，已接近TEM的水平，但試樣必須浸沒入物鏡的強磁場中以減少球差的影響，所以尺寸受到限制，最大為23mm×6mm×3mm（厚）。試樣半浸沒在物鏡磁場中的場發射JSM-6340F型可以觀察大試樣，加速電壓15kV時分辨本領為1.2nm，低壓1kV時為2.5nm。這兩種SEM由于試樣要處在磁場中所以不能觀察磁性材料。使用CF校正場小型物鏡可觀察大試樣的場發射JSM-6600F型分辨本領為2.5nm（1kV時為8nm）。日立公司也供應這幾類產品如S-5000，S-4500和S-4700型。

四、超大試樣室掃描電鏡

德國Visitec捷高公司的超大試樣室Mira型掃描電鏡。被檢物的最大尺寸可為直徑700mm，高600mm，長1400mm，最大重量可達300公斤，真空室長1400，寬1100和高1200mm。分辨本領4nm，加速電壓0.3kV—20kV。是一種新的計算機控制、非破壞性的檢查分析測試裝置，可用于工業產品的生產，質量管理，微機加工和工藝品的檢查研究等。

五、環境掃描電鏡

80年代出現的環境掃描電鏡ESEM，根據需要試樣可處于壓力為1—2600Pa不同氣氛的高氣壓低真空環境中，開辟了新的應用領域。與試樣室內為10-3Pa的常規高真空SEM不同，所以也可稱為低真空掃描電鏡LV-SEM。在這種低真空環境中，絕緣試樣即使在高加速電壓下也不會因出現充、放電現象而無法觀察；潮濕的試樣則可保持其原來的含水自然狀態而不產生形變。因此，ESEM可直接觀察塑料、陶瓷、紙張、巖石、泥土，以及疏松而會排放氣體的材料和含水的生物試樣，無需先噴涂導電層或冷凍干燥處理。1990年美國Electro

Scan公司首先推出了商品ESEM。為了保證試樣室內的高氣壓低真空環境，LV-SEM的真空系統須予以特殊考慮。目前，Amray，Hitachi，JEOL和LEO等公司都有這種產品。試樣室為6—270Pa時，JSM—5600LV—SEM的分辨本領已達5.0nm，自動切換到高真空狀態后便如常規掃描電鏡一樣，分辨本領達3.5nm。中國科學院北京科學儀器研制中心與化工冶金研究所合作，發展KYKY-1500高溫環境掃描電子顯微鏡，試樣最高溫度可達1200℃，最高氣壓為2600Pa；800℃時分辨率為60nm，觀察了室溫下的濕玉米淀粉顆粒斷面、食鹽的結晶粒子，以及在50Pa，900℃時鐵礦中的針形Fe\-2O\-3等試樣。

六、掃描電聲顯微鏡

80年代初問世的掃描電聲顯微鏡SEAM，采用了一種新的成像方式：其強度受頻閃調制的電子束在試樣表面掃描，用壓電傳感器接收試樣熱、彈性微觀性質變化的電聲信號，經視頻放大后成像。能對試樣的亞表面實現非破壞性的剖面成像。可應用于半導體、金屬和陶瓷材料，電子器件及生物學等領域。中國科學院北京科學儀器研制中心也發展了這種掃描電聲顯微鏡，空間分辨本領為0.2—0.3μm。最近，中國科學院上海硅酸鹽研究所采用數字掃描發生器控制電子束掃描等技術，提高了信噪比，使SEAM的圖像質量得到了很大的改進。

七、測長/缺陷檢測掃描電鏡

SEM不但在科學研究而且在工農業生產中得到了廣泛的應用，特別是電子計算機產業的興起使其得到了很大的發展。目前半導體超大規模集成電路每條線的制造寬度正由0.25μm向0.18μm邁進。作為半導體集成電路生產線上Si片的常規檢測工具，美國Amray公司推出了一種缺陷檢測3800型DRT掃描電鏡，采用了加熱到1800K的ZrO/W陰極肖脫基熱場發射電子槍，具有良好的低加速電壓性能：1kV時分辨本領達4nm，而且電子束流的穩定度優于1%/h、可長期連續工作，對直徑為100，125，150，200mm的Si片，每小時可檢測100個缺陷。日立公司為了克服以往在室溫下工作的冷場發射槍測長掃描電鏡（CD-SEM）因需要進行閃爍處理以去除發射尖上所吸附的氣體分子而經常中斷工作、影響在生產線上應用的缺點，最近也推出了這種ZrO/W陰極熱場發射電子槍的S-8000系列CD-SEM。為了克服熱場發射比冷場發射槍電子能量分散大的缺點，設計了阻滯場電磁物鏡，并改進了二次電子探測器，在加速電壓為800V時分辨本領為5nm，可以每小時20片，每片5個檢測點的速度連續檢測125—200mm直徑的Si。

八、晶體學取向成像掃描電子顯微術

SEM的另一個新發展方向是以背散射電子衍射圖樣（EBSP）為基礎的晶體學取向成像電子顯微術（OIM）。在SEM上增加一個可將試樣傾動約70度的裝置，CCD探測器和數據處理計算機系統，掃描并接收記錄塊狀試樣表面的背散射電子衍射花樣（背散射菊池花樣），按試樣各部分不同的晶體取向分類成像來獲得有關晶體結構的信息，可顯示晶粒組織、晶界和裂紋等，也可用于測定織構和晶體取向。可望發展成SEM的一個標準附件。1996年美國TSL（TexSemLaboratories，Inc.）公司推出了TSLOIM系統，空間分辨本領已優于0.2μm，比原理相似的電子通道圖樣（ECP）提高了一個量級，在0.4秒鐘內即能完成一張衍射圖樣的自動定標工作。英國牛津集團顯微分析儀器Link-OPAL公司的EBSD結晶學分析系統，目前已用于Si片上Al連線的取向分析，以判斷其質量的優劣及可行性。

九、計算機控制掃描電鏡

90年代初，飛利浦公司推出了XL系列掃描電鏡。在保持重要功能的同時，減少了操作的復雜性。儀器完全由計算機軟件控制操作。許多參量（焦距、像散校正和試樣臺移動速度等）和調節靈敏度都會根據顯微鏡的工作狀態作自適應變化和耦合，可迅速而準確地改變電鏡的主要參數。EDS完全與XL系統實現了一體化。該公司1995年生產了XL40FEG等場發射掃描電鏡。日立，JEOL等也先后推出了計算機控制的掃描電鏡。場發射掃描電鏡的分辨本領最高已達到0.6nm，接近了透射電鏡的水平，并得到了廣泛的應用，但尚不能分辨原子。如何進一步提高掃描電鏡的圖像質量和分辨本領是人們十分關注的問題。JoyDC指出：由于分辨本領受到試樣表面二次電子SE擴散區大小的基本限制，采取適當措施如噴鍍一超薄金屬層或布洛赫波隧穿效應（BlochWaveChanneling）等來限制SE擴散區的尺寸，二次電子分辨本領可望達到0.2—0.3nm，并進而觀察原子像。現代SEM電子束探針的半高寬FWHM已達0.3nm，場發射電子槍也已具有足夠高的亮度。因此在電子光學方面目前并不構成對SE分辨本領的基本限制。然而，對SEM的機械設計如試樣臺的漂移和震動等尚未給予足夠的、如對掃描隧道顯微鏡那樣的重視、二次電子探測器的信噪比和反差還不夠理想，也影響了分辨本領。此外，SE分辨本領的定義和測定方法，SEM圖像處理等也不如透射電子顯微鏡那么嚴格和完善。這些問題的解決必將進一步提高SEM的圖像質量和分辨本領。

金相顯微鏡及掃描電鏡均只能觀察物質表面的微觀形貌，它無法獲得物質內部的信息。而透射電鏡由于入射電子透射試樣后，將與試樣內部原子發生相互作用，從而改變其能量及運動方向。顯然，不同結構有不同的相互作用。這樣，就可以根據透射電子圖象所獲得的信息來了解試樣內部的結構。由于試樣結構和相互作用的復雜性，因此所獲得的圖象也很復雜。它不像表面形貌那樣直觀、易懂

因此，如何對一張電子圖像獲得的信息做出正確的解釋和判斷，不但很重要，也很困難。必須建立一套相應的理論才能對透射電子像做出正確的解釋。如前所述電子束透過試樣所得到的透射電子束的強度及方向均發生了變化，由于試樣各部位的組織結構不同，因而透射到熒光屏上的各點強度是不均勻的，這種強度的不均勻分布現象就稱為襯度，所獲得的電子象稱為透射電子襯度象。