什麼是掃描電子顯微鏡（SEM）？

掃描電子顯微鏡（Scanning Electron Microscope，SEM)

是一種介於光學顯微鏡與透射電子顯微鏡之間的微觀觀察儀器。

它透過電子束與樣品表面的互動，取得影像信號，以極高的解析力展示材料的微觀結構。

SEM 的主要優點包括：
1️⃣ 放大倍率高：20 倍至 250,000 倍可連續調整。
2️⃣ 景深大、立體感強：適合觀察凹凸不平的表面。
3️⃣ 樣品前處理簡單：製備程序比 TEM 容易許多。

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影響 SEM 分辨率的四大要素

分辨率（Resolution）代表 SEM 能夠分辨微細結構的能力。
影響成像清晰度的主要因素有以下四項：

1️⃣ 入射電子束束斑直徑 — 解析力的基礎

入射電子束的直徑越小，SEM 的分辨率越高。

• 熱陰極電子槍的束斑直徑可縮小至約 6 nm；

• 場發射電子槍（FE-SEM）則可達 3 nm 以下。

2️⃣ 電子束在樣品中的擴散效應 — 材料與能量的影響

電子束進入樣品後會產生散射與擴散。
擴散範圍取決於電子能量與樣品原子序數：

• 電子能量越高、原子序數越小 → 擴散越明顯 → 分辨率下降。

✅ 簡單理解：
想要高分辨率影像，就需要控制電子能量與材料性質之間的平衡。

3️⃣ 成像方式與調制信號 — 不同信號，不同細節

SEM 影像的來源可分為多種信號，各有不同的解析力與特性：

二次電子像（SE）

背散射電子像（BSE）

4️⃣ 景深與對比 — 立體感與層次感的來源

景深（Depth of Field） 是指影像中保持清晰的深度範圍。
SEM 的景深比 TEM 大約 10 倍，比光學顯微鏡大上 數百倍，
因此影像常帶有強烈的立體效果。

衬度（Contrast） 則分為兩種：

• 形貌衬度：由表面起伏造成。

• 原子序數衬度：由材料成分差異造成。原子序數越高，影像越亮。

SEM 放大倍率公式與應用範圍

放大倍數可用公式表示：

M = Ac / As
Ac 為螢光屏上影像尺寸，As 為電子束在樣品上的掃描範圍。

調整掃描振幅即可改變放大倍數。

目前多數 SEM 的放大倍率為 20～20,000 倍，剛好補足光學顯微鏡與透射電鏡之間的觀察空隙。

而SEC ALPHA，最大放大倍率可達25萬倍，5nm Resolution

實現同等級中最高放大倍率及超高解析度

掌握分辨率，開啟微觀視界

SEM 是材料科學、生物醫學與工程領域中不可或缺的觀察工具。

了解影響分辨率的要素，能協助研究人員：

• 選擇適合的電子槍與成像模式，
• 調整操作條件以獲得最佳影像品質，
• 精準掌握微觀結構細節。

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