掃描電子顯微鏡之——發明和發展歷史

　　 1834年 法拉第在“皇家學會會報”上發表的文章第一次提到基本電荷--“電的原子”概念。

　　 1834：漢米爾頓推導出 質點運動與幾何光學等效原理

　　 1850年代，德國波恩的一位吹玻璃的手工業工人Geissler.設計了一臺當時被認為效率很高的抽氣泵，獲得較高的真空。然后成功把金屬電極封入玻璃管中制成了氣體放電管。電極加一定電壓后，管內產生彩色光弧。------主要用于供人們觀賞的裝飾品。

　　 1858年，波恩大學一位物理數學教授J.Plucker，通過對Geissler放電管的深入研究，發現在最佳的真空下，放電管陰極會發射出直射的光束。-----人類第一次發現的陰極射線。

　　 1878年 阿貝-瑞利指出光學顯微鏡分辨本領受到光波衍射的限制，給出了顯微鏡分辨本領極限公式。

　　 1881年，赫茲對陰極射線的性質進行研究，但沒有得出正確結論

　　 1897年，Thomson 證明了陰極射線是一種帶負電的粒子束，而且用磁場偏轉方法測出了它的荷質比為 10的11次方 C/kg，提出電子概念，并證明了自由電子在靜電場和靜磁場中的運動服從牛頓力學定律。

　　 1924年，德布羅意提出微觀粒子具有波、粒兩重性原理。 并計算了電子波長比可見光的波長小得多。作為一種光源，實現高分辨成像的可能性。

　　 1926年，Busch建立了幾何電子光學理論。電子透鏡和光學透鏡具有相似性。

　　 1929年 由Stintzing在1929年一項ZL中提出，用掃描的微粒子束來檢測和測量物體的建議，他設想這樣也許可超過光學顯微鏡的分辨率極限。

　　 至此，電子光學的全部理論基礎已經很完整了。

　　試驗研究階段

　　 1931年德國科學家 Max Knoll和他的學生Ernst Ruska發明了透射電子顯微鏡。電子顯微鏡發展的最初形態是透射電鏡

　　在上世紀30-40年代，除了透射電子顯微鏡外，其他類型電子顯微鏡，如掃描式，發射式，反射式，電子投射式，以及場發射式等也都相繼在德國提出并實驗過，但透射式得到了優先的發展。經過一段間歇時間后，掃描式電子顯微鏡重新受到注意，在解決了一些關鍵技術問題以后，發展十分迅速。他能直接觀察塊狀物質的表面，并提供立體感很強的圖像，所以在科研和工業方面得到廣泛應用，目前已經成為產量最高的一種電子顯微鏡。

　　Knoll為了研究二次發射現象，在1935年設計的一臺儀器被認為是第一臺掃描電子顯微鏡。如下圖，他把一個陰極射線管改裝，以便放入樣品，從另一個陰極射線管獲得圖像。（兩管用一個掃描發生器同步掃描，用二次電子信號調制另一臺顯示器。）束斑尺寸在0.1-1mm之間，因為二次電子發射的變化產生反差。但沒有實用價值。

　　裝置雖然簡單，但勾畫出了掃描電子顯微鏡的原理性輪廓，

　　掃描電鏡最基本的概念

　　1938年von Ardenne 在透射電鏡TEM上加了 掃描線圈 ，建造了一臺STEM，

　　 現代掃描電鏡結構示意圖

　　科學家們開始探索追求掃描電鏡的有效放大倍數和分辨率。在電子槍，磁透鏡，成像探測器等方面不斷進行技術探索，同時對電子束樣品作用區內的物理化學現象進行研究。

　　第一臺可以用來做檢測樣品的掃描電鏡是1942年，Zworykin etal 在美國RCA實驗室建造的，分辨率1微米

　　二戰后 英國劍橋大學工程系的Charles Oatley和他的學生McMullan在英格蘭建造了他們的第一臺SEM,到1952年，他們實現了50nm的分辨率。掃描電鏡具備的潛能，開始受到商業重視。

　　1959年Wells首先使用立體對技術拍攝了可以進行樣品景深信息測量的掃描電鏡顯微圖像

　　1960年Everhart and Thornley發展改善了二次電子探測器。 到現在E-T型二次電子探測器是掃描電鏡SEI主流探測器。

　　商品化發展階段

　　1965年首臺商品化掃描電鏡誕生。體現掃描電鏡具有廣泛的應用價值。

　　1967年觀察到由于晶體取向，電子和晶格的相互作用而產生的電子通道花樣反差。現在開始廣泛推廣使用的商品化EBSD技術。

　　1975年 美國Amray公司帥先將微型計算機引入到掃描電鏡中，用于程序協調控制加速電壓，放大倍數和磁透鏡焦距的關系，二次電子圖像分辨率達到6nm。

　　1980年代，掃描電鏡開始加入EDS\WDS等分析裝備，圍繞掃描電鏡發展的各種商品化探測器趨于成熟，很大程度拓展了掃描電鏡的應用價值。

　　1985年 德國蔡司公司帥先推出計算機控制的帶有幀存器的數字圖像掃描電鏡。

　　1990年 全面進入數字圖像掃描電鏡時代