透射扫描电子显微镜是利用聚焦的高能电子束在试样上扫描，激发出各种物理信息,通过对这些信息的接受、放大和显示成像，获得测试试样表面形貌的观察。透射扫描电子显微镜（STEM）结合了透射电子显微镜（TEM）和扫描电子显微镜（SEM）的功能，其基本工作原理如下：

电子束产生与加速

电子枪：STEM 利用电子枪产生电子束，常见的是热阴ji电子枪，通过加热灯丝使电子获得足够的能量从灯丝表面逸出，形成电子发射源。场发射电子枪则是利用强电场将电子从阴ji材料表面拉出，能产生更细、亮度更高的电子束，从而提高显微镜的分辨率。

加速电压：产生的电子束在高电压作用下被加速，获得较高的能量和速度。加速电压通常在几十千伏到几百千伏之间，电子的速度会随着加速电压的增加而zeng大，根据德布罗意波长公式λ=h/p（其中λ为波长，h为普朗克常数，p为电子动量），电子的波长会相应减小，这有助于提高显微镜的分辨率，因为波长越短，能分辨的细节越小。

电子束聚焦与扫描

电磁透镜：加速后的电子束通过一系列电磁透镜进行聚焦。电磁透镜利用磁场对电子的作用力，使电子束汇聚到样品上的一ji小的点，形成高分辨率的电子探针。一般包括聚光镜等，聚光镜可将电子束聚焦成一个直径ji小的光斑，以提高电子束的强度和分辨率。

扫描系统：通过扫描线圈控制电子束在样品表面进行逐点扫描。扫描线圈产生的磁场可以使电子束在样品的x和y方向上按照一定的顺序和步长进行移动，从而实现对样品表面的扫描。扫描的步长可以根据需要进行调整，通常在纳米级别，以获取高分辨率的图像。

样品相互作用

电子散射：当聚焦的电子束照射到样品上时，会与样品中的原子发生相互作用，产生多种信号。其中，弹性散射是指电子与原子相互作用后，只改变运动方向，能量基本不变；非弹性散射则是电子与原子相互作用后，不仅改变方向，还会损失部分能量，这部分能量可能会激发样品中的电子、产生声子等。

透射电子：一部分电子能够穿透样品，形成透射电子。如果样品很薄，电子在穿透过程中与样品原子的相互作用相对较弱，透射电子能够保留样品的结构和成分信息。通过对透射电子的检测和分析，可以获得样品的内部结构、晶体结构、元素分布等信息。

其他信号：除了透射电子，电子束与样品相互作用还会产生二次电子、背散射电子、特征 X 射线等信号。二次电子是由样品表面原子中的外层电子被入射电子激发而逸出样品表面产生的，主要用于观察样品的表面形貌；背散射电子是被样品中的原子反弹回来的入射电子，其产额与样品的原子序数有关，可用于分析样品的成分分布；特征 X 射线是由于入射电子激发样品原子内层电子跃迁而产生的，每种元素都有其独特的特征 X 射线，通过检测特征 X 射线的能量和强度，可以进行元素分析。

信号检测与成像

探测器：用于检测透射电子以及其他与样品相互作用产生的信号。常见的探测器有闪烁体探测器、半导体探测器等。闪烁体探测器将电子信号转换为光信号，再通过光电倍增管等将光信号转换为电信号进行放大和处理；半导体探测器则直接利用半导体材料对电子的吸收和电荷产生效应来检测电子信号。

成像系统：根据探测器接收到的信号，通过计算机系统进行处理和成像。对于透射电子信号，可根据电子的强度、相位等信息，重建出样品的透射图像，反映样品的内部结构和厚度分布；对于二次电子、背散射电子等信号，可分别形成相应的表面形貌图像和成分分布图像。通过对不同信号的综合分析，可以从多个角度了解样品的性质和特征。

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