国产扫描电子显微镜存在难关和痛点

为了获得更高的图像分辨率，聚光电子束的束斑直径应尽可能薄。电子束的会聚必须通过电光系统完成。 “目前的电光系统需要将电子束聚焦到约1纳米，也就是说，电子束在样品表面形成一个直径小至1纳米的光斑，相当于六分之一这需要电光系统的各个部分完美地设计成形成如此小的电子束点，这是一个难以解决的问题。

国产扫描电子显微镜的发展是困难的：镜头内部探测器的设计更加困难

除了需要非常精细的电子束之外，SEM图像的采集还需要有效的二次电子探测器。 “现在主流的扫描电子显微镜大多采用半磁性浸没式或全浸没式透镜技术，即探测器安装在电磁透镜上方，二次电子通过磁场力的作用收集，”

较低分辨率的钨灯扫描电子显微镜检测器通常位于电磁透镜和样品之间。在这种情况下，探测器和样品之间的距离相对较近，并且样品和透镜之间的距离（工作距离）相对较长。实际上，扫描电子显微镜的图像分辨率与工作距离密切相关。长距离将导致图像分辨率降低，而近距离将增加图像分辨率。

为了提高扫描电子显微镜的图像分辨率，必须通过将检测器移动到电磁透镜上方来尽可能地缩短样品和透镜之间的距离。这样，工作距离可以缩短很短。 2000年以后，工作距离更短。、具有更高图像分辨率的场发射扫描电子显微镜已成为主流产品。目前，主流场发射扫描电子显微镜采用半浸式或全浸式电磁透镜，即探测器安装在电磁透镜的上方或内部。

样品和电磁透镜之间的钨灯扫描电子显微镜的检测器设计简单，并且通过电场的作用检测二次电子。只需要将正电压施加到检测器的前端，并且检测器可以“吸”二次电子。在过去，收集它。在场发射扫描电子显微镜将探测器安装到电磁透镜中之后，尽管样品和透镜之间的距离很近，但探测器和样品之间的距离变得更远，并且收集二次电子的效率大大降低。

“此时，施加正电压以吸引探测器前端的二次电子是不可行的。必须使用磁力将二次电子吸引到电磁透镜中。场发射如何扫描电子显微镜使用两次磁场力？电子被有效地吸入电磁透镜，我们需要在提高收集效率方面取得突破，“

国产扫描电子显微镜研发难点：

低电压分辨率需要突破当使用常规SEM观察非导电样品时，样品表面必须涂有导电薄膜层以观察它。在这种情况下，导电膜将在一定程度上掩盖样品表面的真实表面。目前主流扫描电子显微镜的重要突破之一是通过降低入射电子的加速电压，可以直接观察非导电样品而无需电镀导电膜层。

虽然降低加速电压带来了直接观察非导电样品的好处，但它也给SEM制造商带来了巨大的挑战。在加速电压降低到3kV以下之后，引起一系列问题，主要是因为电子枪的亮度降低，并且其色差也增加。因此，原始精细聚焦的电子束“探针”的直径显着增加，导致图像分辨率的严重降低。这也是为什么学者们提出从20世纪60年代开始降低SEM电压以直接观察非导电样品的原因，但直到2000年才实现了商用低压扫描电子显微镜。目前，主流场发射扫描电子显微镜的低压分辨率（0.7-1nm 1kV）已经很好地满足了非导电样品表征要求。最近，国内场发射扫描电子显微镜还引入了可以在低电压下获得图像的最新扫描电子显微镜。它在1kV的分辨率为3nm。

为了在不降低图像分辨率的情况下以低电压观察样品，通常的解决方案是应用减速电压、管内减速或单色器技术。 “但无论哪种解决方案涉及整个电光系统的重新设计和处理。在应用减速电压后，相当于将样品表面用作一阶透镜。使用这种”透镜“，电光系统的设计将更加复杂，同时系统均匀性、的稳定性更高，而一些缺陷将严重影响扫描电子显微镜的低电压分辨率。

“虽然扫描电子显微镜的国内市场份额很小，但技术指标仍然远离主流电子显微镜。但是，与主流产品相比，没有不可逾越的技术差距。如果可以增加研发投入，独立的科研设备，同时，在政策指导下，我相信在不久的将来，越来越多的国产扫描电子显微镜将出现在中国的科技舞台上。

（内容源于曾毅采访）