掃描電鏡的制造依據(jù)是電子與物質(zhì)的相互作用。掃描電鏡從原理上講就是利用聚焦得非常細(xì)的高能電子束在試樣上掃描，激發(fā)出各種物理信息。通過(guò)對(duì)這些信息的接受、放大和顯示成像，獲得測(cè)試試樣表面形貌的觀察。

掃描電鏡發(fā)展歷史階段

　　掃描電鏡的發(fā)展過(guò)程可以分為兩個(gè)階段：

　　近代階段：前期為60年代diyi臺(tái)實(shí)用掃描電鏡開(kāi)始到80年代，該階段，掃描電鏡主要是在分辨率上得到了較大進(jìn)展，至80年代末期，各廠家的SEM二次電子圖像分辨率已達(dá)到4.5nm，采取的措施主要包括：①為獲得小束斑，降低透鏡球相差系數(shù);②增強(qiáng)照明源(采用LaB6)以提高電子槍亮度;③提高真空度;④減小外界振動(dòng)的干擾。

　　現(xiàn)代階段：雖然該階段掃描電鏡在分辨率上取得了很大進(jìn)展，但是SEM對(duì)于不導(dǎo)電或者導(dǎo)電性能不好的試樣需要進(jìn)行噴金，其次SEM功能比較單一，獲得的材料信息較少，而隨著材料科學(xué)特別是半導(dǎo)體工業(yè)的發(fā)展，對(duì)SEM的功能要求越來(lái)越高，而試樣也盡量需要保持原始表面，于是從80年代開(kāi)始，掃描電鏡便進(jìn)入現(xiàn)代發(fā)展階段，經(jīng)過(guò)20多年的發(fā)展，已經(jīng)發(fā)展了多種掃描電鏡，包括附帶多種其他儀器的分析型掃描電鏡，場(chǎng)發(fā)射掃描電鏡，低真空和低電壓掃描電鏡，以及近幾年才出現(xiàn)的環(huán)境掃描電鏡。

國(guó)外掃描電鏡發(fā)展歷史

　　1926年，德國(guó)物理學(xué)家H·Busch指出：具有軸對(duì)稱(chēng)的磁場(chǎng)可以對(duì)電子束起到透鏡的作用。這從理論上利用磁場(chǎng)作為電子透鏡，對(duì)電子束進(jìn)行匯聚和發(fā)散奠定了基礎(chǔ)。1932年，德國(guó)柏林工科大學(xué)的Max Knoll和Ernst Ruska根據(jù)這一理論，研制出了diyi臺(tái)電子顯微鏡(透射式顯微鏡)，它是一臺(tái)經(jīng)過(guò)改進(jìn)的陰極射線示波器，成功得到了銅網(wǎng)的放大像，Z初放大倍數(shù)僅為12倍，盡管放大倍數(shù)很小，但它卻證實(shí)了使用電子束和電子透鏡能夠形成與光學(xué)像相同的電子像。

　　1935年，Max Knoll為了研究二次發(fā)射的現(xiàn)象，對(duì)其中一個(gè)陰極射線管進(jìn)行改裝，產(chǎn)生電子束并且能放入試樣，從另一個(gè)陰極射線管獲取圖像，兩個(gè)顯像管用一個(gè)掃描發(fā)生器同步。這算是Z早的掃描電鏡雛形，但不具備實(shí)用價(jià)值。1937年，Manfred von Ardenne對(duì)電子束和樣品相互作用的物理過(guò)程進(jìn)行了完善。

　　1940年，英國(guó)劍橋大學(xué)成功制作掃描電鏡。1942年，美國(guó)RCA實(shí)驗(yàn)室的Zwory kinetal成功建造了diyi臺(tái)可以檢測(cè)試樣的掃描電鏡，分辨率達(dá)到了1μm。1952年，Charles Oatley等制造的SEM分辨率已達(dá)到50nm，由此，商業(yè)領(lǐng)域開(kāi)始重視SEM所具備的功能。1960年，Thomas E.Everhart和Richard F.M.Thornley改善了二次電子探測(cè)器，截止目前，E-T探測(cè)器依然是SEM二次電子探測(cè)器的主流探測(cè)器。

　　1965年，劍橋科學(xué)儀器公司首先將SEM推向市場(chǎng)，SEM進(jìn)入新的發(fā)展階段，相關(guān)技術(shù)也得到了飛速發(fā)展。1967年，商品化的電子背散射衍射分析技術(shù)被引入到SEM中。1975年，美國(guó)Amary為了能夠控制加速電壓、放大倍數(shù)和磁透鏡焦距的關(guān)系，首次將微計(jì)算機(jī)技術(shù)引入SEM中，使得二次電子圖像分辨率達(dá)到6nm，至此，SEM進(jìn)入了數(shù)字化時(shí)代。80年代，波長(zhǎng)分散譜儀(WDS)和能量散射譜儀(EDS)等分析裝置也被引入掃描電鏡中，這在很大程度上拓展了掃描電鏡的功能和應(yīng)用價(jià)值。1985年，德國(guó)的蔡司公司首先推出計(jì)算機(jī)控制帶有數(shù)字幀存器的數(shù)字圖像掃描電鏡，1990年，SEM已全面進(jìn)入數(shù)字圖像時(shí)代。

　　目前，SEM二次電子圖像分辨率已經(jīng)趨近極限。高端SEM的生產(chǎn)廠商主要有美國(guó)的FEI，日本的Hitachi，德國(guó)的Carl Zeiss等。FEI的超高分辨率Magellan XHR系列SEM是首臺(tái)電子能量從1keV到30keV范圍內(nèi)分辨率達(dá)到亞納米SEM，其電子束分辨率在電子能量為15keV時(shí)為0.8nm、5keV時(shí)為0.9nm、1keV時(shí)為1.2nm，電子槍的場(chǎng)發(fā)射燈絲其壽命長(zhǎng)達(dá)12個(gè)月。2011年6月，Hitachi推出的冷陰極場(chǎng)發(fā)射超高分辨率掃描電鏡 SU9000的二次電子分辨率更是達(dá)到0.4nm，其信號(hào)探測(cè)器可選二次電子探測(cè)器、TOP探測(cè)器、BF/DF雙STEM探測(cè)器，使SU9000的功能得到極大的擴(kuò)展。

國(guó)內(nèi)掃描電鏡發(fā)展歷史

　　1975年8月，ZG科學(xué)院科學(xué)儀器廠自行研制我國(guó)diyi臺(tái)掃描電鏡DX-3，分辨率為10nm，加速電壓5～30kV，放大倍數(shù)從20倍~10萬(wàn)倍。1980年ZG科學(xué)院科學(xué)儀器廠研制出DX-5型掃描電鏡，分辨率為6nm，放大倍數(shù)15倍～15萬(wàn)倍連續(xù)可調(diào)，有多種信號(hào)處理功能，設(shè)計(jì)了五維運(yùn)動(dòng)工作臺(tái)。1988年，中科院北京科學(xué)儀器廠研制成功LaB6陰極電子槍?zhuān)箳呙桦婄R的分辨率提高到4nm。1999年，ZG科學(xué)院北京科學(xué)儀器研制ZX研制生產(chǎn)的全計(jì)算機(jī)控制掃描電鏡KYKY-3800。

　　當(dāng)前，北京中科科儀公司是國(guó)內(nèi)主要的掃描電鏡生產(chǎn)商，其Zxin掃描電鏡是KYKY-EM3900，和國(guó)外的先進(jìn)掃描電鏡相比有較大的差距。目前我國(guó)只有ZG科學(xué)院科學(xué)儀器廠和上海海邦機(jī)械設(shè)備制造有限公司在研制和生產(chǎn)掃描電鏡，主要是生產(chǎn)分辨率為3～5nm的中熱發(fā)射的掃描電鏡，尚無(wú)法生產(chǎn)分辨率小于3nm的場(chǎng)發(fā)射掃描電鏡，目前我國(guó)各高校和研究所從事納米研究所需的場(chǎng)發(fā)射掃描電鏡完全依靠進(jìn)口，因此自主研制高分辨率場(chǎng)發(fā)射掃描電鏡對(duì)于促進(jìn)我國(guó)材料學(xué)科的發(fā)展，打破國(guó)外壟斷具有重大意義。