电子显微镜的早期历史和发展趋势.docVIP

扫描电子显微镜的早期历史和发展趋势 扫描电子显微镜（SEM）的基本原理在20世纪30年代到40年代初由Knoll, 德国的von Ardenne和美国的Zworykin，Hillier等人确立。扫描电镜的研究在英国剑桥大学电机工程学系Charles Oatley博士学位的一系列项目中复苏。在剑桥大学的McMullan和Smith的早期研究之后，SEM的第一次产业应用在加拿大纸浆和造纸研究所实现。不久之后，在美国的Westinghouse，SEM被应用于集成电路，并在英国和日本实现了扫描电镜的商业化。截至目前，SEM其他显微和微分析技术在世界范围内发展，并被应用于越来越多的领域。扫描电子显微镜（SEM），成像技术，表面形貌，成分衬度，电子（ECP），电子背散射（EBSP）。Oatley描述了SEM早期历史和直至其第一次商业化发展。第一台商业SEM在英国和日本制造。SEM的历史也被许多作者描述过。商用SEM性能的提高和操作的简便已经很出色并有望继续进步。 Knoll用仪器得到了四个非常重要的实验结果Fig.1：(i)他从固态多晶样品中得到了样品的吸收电流像Fig.2.(ii) 这张照片显示的晶粒间取向依赖衬度是由电子穿隧效应的对比差异引起的。（iii）他测量了不同材料的二次电子（SE）加背散射电子(BSE)系数是入射电子能量E0的函数，并且证明当SE+BSE系数为1时，有第二个交叉点，此时E0约为1.5keV。样品的充电最小化并且保持稳定。(iv)根据一个早期关于定量电压衬度的译文，测量了束电子对非导电颗粒充电后颗粒的电势。 Figure 3 是由von Ardenne提出的产生二次电子的电子散射模型，模型表明初始束展宽；大角度散射；扩散；BSE逃逸以及每个阶段的二次电子激发。他提出了两种高分辨率SE图像。第一种（现在称为SE-I图像的详细讨论见Peters）E0等于数十电子伏，此时电子的穿透深度（几个微米）比二次电子的逃逸深度大很多倍（几个纳米）。 SE-I激发是在束电子入射点的一个局部的区域内发散，这个范围比BSE小。他提出SE-I能提供一个高分辨率的SE图像（特殊情况除外）。他的第二个观点（现在称为低压SEM）是将E0减小到1keV，此时穿透深度达到束电子直径。 Zworykin给出了最早的二次电子图像。这些工作者也建立了一台密封的场发射（FE）SEM，并且为X射线微区分析和电子能量损失能谱仪（EELS）奠定了基础。当时人们热衷于似乎会更加成功的透射电镜（TEM），他们在SEM方面的工作没有继续。 1948年，剑桥大学的Charles Oatley带领学校的博士重新开始了SEM的研究。15年后，芝加哥的Albert Crewe教授首先发明了一台场发射扫描透射电镜（FE-STEM）。法国研制了电子探测器并且被Castaing和Guinier应用于X射线微区分析，被Bernard和Davoine用于阴极发射线发射。 Oatley已经叙述了剑桥大学的Dennis McMullan，Ken Smith以及他们的学生如何调查研究SEM的商业模式。最早的SEM给出了一张高质量的的显微照片，这是Ken Smith用一个Metropolitan Vickers EM4透射电子显微镜的磁透镜和一个来自Everhart和Thornley的电子探测器建造的。1958年这个探测器被装运到了法国蒙特利尔的纸浆和造纸研究院。 Oatley先生为SEM的发展所做的非常突出贡献在他诞生百年即1904年以一本书《Sir Charles Oatley and the Scanning Electron Microscope》的出版而被得到肯定，由学术出版社发行在《Advances In Imaging andElectron Physics 》(P. Hawke总编辑)系列中。 Everhart写到：‘Oatley先生是一个谦逊的人，他派遣自己的学生参加会议来发表论文。他专注于发展自己的大学让其他人来作报告。他悄悄地为他人铺平道路。通过他的建议，他的鼓励，他提供的资源以及对商业SEM的推动，我相信Charles Oatley先生的确应得这个荣誉“现代扫描电子显微镜之父”。’ SEM在剑桥大学工程学院的发展了剑桥仪器公司对商业SEM的生产。同样的，运送到加拿大纸浆和造纸研究院的K.C.A. Smith的SEM引起了JEOL对商业SEM的制造。由此，1962年JEOL公司的Y. Noguchi博士展示了一些用SEM获得的纸浆表面显微图像并且写到：‘我们展示的纸浆表面SEM图像是用Smith博士的扫描电镜获得的。我们第一次看到了清晰，锐利的，稳定的SEM图像，以前从来没有看到过这样的东西。一些图片，尤其是那些许多的纤维错综缠绕的图片真的是有艺术效果的，令人永生难忘。