各种电子显微镜基本原理

介绍各种电子显微镜的基本工作原理。包含TEM/SEM/STM/AFM。

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透射电子显微镜 TEM（Transmission Electron Microscope）

电子束透过样品然后成像。与普通的生物透射显微镜最基本工作机制相同，只是利用电子作为粒子的德布罗意波长更短的特点，达到更精细的分辨率。

扫描电子显微镜 SEM （Scanning Electron Microscope）

电子照到样本表面，反射成像，这种显微镜只能观察样本表面。

扫描隧道显微镜 STM（Scanning Tunneling Microscope）

通过一个极细的探针去靠近被测样品表面，当距离足够近时，电子可以通过量子隧穿而穿过探针与样品之间的空隙形成电流，距离越近电流越大。在扫描过程中上下移动探针使电流恒定，记录探针上下移动的情况就可以知道样品表面的情况。因为工作原理的限制，该显微镜只可以测量导电的样品的表面。

原子力显微镜 AFM （Atomic Force Microscope）

也叫扫描力显微镜（Scanning Force Microscope）。其原理是通过弹性伸臂/箔片（下图中6）上的探针接近样品表面，在扫描移动过程中表面原子的排布会反映到弹性伸臂/箔片的形变上，然后再去测量其形变即可。测量形变可以利用上面说的隧道效应，如下图所示。也可以使用激光来测量。这种显微镜应该不算作“电子显微镜”了。这种显微镜可以用于测量非导体的表面原子结构。