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记记笔记,放松一下...

电子显微镜SEM、TEM、STEM小记

简单罗列一下,后面慢慢完善。只涉及仪器类,不涉及半导体ebeam设备

术语

TEM SEM STEM

  • 【TEM】透射电子显微镜(Transmission Electron Microscope):是最早发展出来的电子显微镜,为了和后面STEM区分,有时也叫做常规透射电子显微镜(Conventional Transmission Electron Microscope,CTEM)
  • 【SEM】扫描电子显微镜 (Scanning Electron Microscope)
  • 【STEM】扫描透射电子显微镜(Scanning Transmission Electron Microscope):结合了TEM和SEM的技术特点,通过电子束扫描样品并在透射模式下成像。

发展历史

  • 1924 年,法国物理学家路易·德布罗意(Louis de Broglie)提出电子具有波粒二象性的假设。该理论表明电子的波长远小于可见光波长,也就预示着可以突破光学显微镜的分辨率极限,为电子显微镜的发明奠定了理论基础。德布罗意获得1929年诺贝尔物理学奖。
  • 1926 年,德国物理学家布许(H. Brush)发现磁场或静电场可以用作“电子透镜”,用于聚焦电子束,提出了电子在磁场中的运动理论。这一发现为构建电子光学系统提供了可能性,开启了电子光学研究的领域。
  • 【TEM】1932 年,德国科学家马克斯·克诺尔(Max Knoll)和恩斯特·鲁斯卡(Ernst Ruska)发明了第一台透射电子显微镜(TEM)。这台显微镜能够成像电子源,并证明了电子显微镜的可行性,标志着电子显微镜的诞生。Ernst Ruska 因此获得 1986 年诺贝尔物理学奖。
  • 【TEM】1933 年,恩斯特·鲁斯卡改进了透射电子显微镜,使其可以成像样品,而不仅是电子源。此后,电子显微镜的分辨率逐渐超过光学显微镜。
  • 【SEM】1935 年,马克斯·克诺尔生成了固体表面的电子扫描图像。这一实验验证了使用电子束扫描表面来获取图像的可能性,为扫描电子显微镜(SEM)的发展奠定了实验基础。
  • 【SEM】1940 年,德国物理学家冯·阿登纳(Manfred von Ardenne)在其研究中正式提出了扫描电子显微镜(SEM)的概念,并对其理论框架进行了总结。奠定了现代 SEM 的基础。
  • 1946 年,第二次世界大战后,电子显微镜的建设和发展得到重新推动。同年,像散校正器(stigmator)的发明解决了物镜像差问题,大幅提高了显微镜的成像质量。
  • 1950 年代,透射电子显微镜(TEM)逐步实现商业化应用,分辨率达到当时的亚纳米级水平。
  • 【STEM】1965 年,扫描透射电子显微镜(STEM)概念提出,结合了 TEM 和 SEM 的工作原理,使透射和扫描成像功能合二为一。
  • 【Cryo-EM】1970 年代,瑞士科学家 Jacques Dubochet 提出了冷冻电镜的概念。他尝试通过快速冷冻样品并使用低温条件下的电子显微镜观察样品,以避免样品因电子束轰击而受损。同时,Joachim Frank 开发了单颗粒分析方法,为 Cryo-EM 的发展奠定了重要基础。
  • 【Cryo-EM】1980 年代,Jacques Dubochet 和团队在快速冷冻技术(vitrification)的基础上,开发了冷冻样品制备的方法。他们首次成功在冷冻电镜中观察到了生物样品的结构。同时,Richard Henderson 利用冷冻电镜解析了蛋白质的三维结构。冷冻电镜成为生物样品研究的重要工具。Jacques Dubochet、Joachim Frank 和 Richard Henderson 因此获得 2017 年诺贝尔化学奖。
  • 1987年,环扫电镜面世
  • 1990年,飞利浦发布由PC控制的XL电镜,扫描电镜开始数字化
  • 1990 年代,场发射扫描电子显微镜(FESEM)问世,显著提高了表面成像的分辨率和对比度。
  • 1993年,双束电镜面世
  • 1997 年:德国科学家 Max Haider 等人开发了第一个实用化的球差矫正器,用于透射电子显微镜(TEM)

...

商业公司?

主要玩家、历史玩家

境外公司

Zeiss、Thermo Fisher、JEOL、Hitachi、TeScan,...

Zeiss(蔡司)

  • 成立于 1846 年
  • 1950 年代进入电子显微镜市场,专注于高端扫描电子显微镜(SEM)和透射电子显微镜(TEM)。
  • 并购历史
    • 1995 年,与 Cambridge Instruments 合并成立 LEO Electron Microscopy,整合 SEM 和 TEM 技术
    • 2001 年,全面收购 LEO,将其整合为蔡司显微镜部门,推出 Ultra 和 Gemini 系列高端 SEM

Hitachi(日立)

  • 成立于 1910 年
  • 1942 年制造日本第一台 TEM,1964 年推出商用 SEM

JEOL(日本电子,捷欧路)

  • 成立于 1949 年
  • 1950 年代推出首台商用 TEM,并扩展到 SEM 和 STEM

Thermo Fisher Scientific(赛默飞世尔科技)

  • 成立于 2006 年(由 Thermo Electron 和 Fisher Scientific 合并)
  • 并购历史
    • 2016 年,收购 FEI 后,成为电子显微镜市场的领导者
    • 2017 年,收购 Phenom-World,扩展了在桌面 SEM 市场的覆盖范围

TESCAN(泰斯肯)

  • 成立于 1991 年
  • 专注于中低端 SEM 和定制化显微镜,以高性价比迅速占据市场
  • 并购历史
    • 2013 年,收购 Orsay Physics,一家专注于 FIB 和电子束技术的法国公司

COXEM(库赛姆)

  • 成立于 2007 年
  • 专注于小型扫描电子显微镜(SEM),提供高性价比产品
  • 产品主要面向工业质量控制、教育市场和中小型实验室

Delong Instruments

  • 成立于1992年?总部在捷克
  • 专注于低能量透射电子显微镜(LVEM),适用于生物材料、聚合物和其他敏感样品研究

TEMIC(台湾电镜仪器)

  • 成立于2013年
  • 桌面型电镜

NanoImages

  • 总部在韩国
  • 专注于扫描电子显微镜(SEM),提供高性价比的工业和教育解决方案

ModuleSci

  • 成立于2017年,韩国
  • 桌面电镜

曾经涉足

Siemens(西门子)

  • 成立于 1847 年
  • 1939 年推出世界上第一台商用透射电子显微镜(TEM),名为 Siemens "Übermikroskop"
  • 1970 年代退出电子显微镜市场

FEI Company

  • 成立于 1971 年
  • 最初专注于离子束技术,1990 年代进入 SEM 和 TEM 市场
  • 并购历史
    • 1997 年,收购 Philips 的电子显微镜部门,扩展产品线
    • 2016 年,被 Thermo Fisher Scientific 以 42 亿美元收购

Phenom-World(飞纳电镜)

  • 成立于 2006 年,原为 FEI 的一个部门,专注于桌面扫描电子显微镜(Desktop SEM)的研发
  • 并购历史
    • 2017 年,被 Thermo Fisher Scientific 收购

Philips(飞利浦)

  • 成立于 1891 年
  • 1950 年代推出高性能 TEM,并成为 STEM 技术先驱之一
  • 并购历史
    • 1997 年,电子显微镜部门被 FEI 收购,退出电子显微镜市场

Cambridge Instruments(剑桥仪器公司)

  • 成立于 1881 年
  • 1960 年代开发了世界上第一台商用 SEM,推动表面科学与材料分析的发展
  • 并购历史
    • 1995 年,与蔡司电子光学部门合并成立 LEO Electron Microscopy
    • 2001 年,被蔡司全面收购

Amray(阿姆雷)

  • 成立于 1963 年
  • 扫描电子显微镜(SEM)的早期开发者之一
  • 并购历史
    • 1997 年,被 KLA-Tencor 收购。

中国大陆

大陆的电子显微镜研发从1950年代就开始了,长春、上海、南京、北京、云南各地一度开发都很活跃;1980年代中科科仪引入的Amray的电镜技术似乎成了国产电镜独苗;直到2010年代后期国内电镜市场再次“繁荣起来”

  • 中科科仪
  • 聚束科技【x】
  • 纳克微束
  • 惠然科技
  • 伯锐锶
  • 国仪量子
  • 慧炬科技(广州生物岛)
  • 屹东光学(苏州医工所)
  • 泽攸科技
  • 深圳善时
  • 博众仪器
  • 国镜仪器
  • ...

以上公司中,半数都可以追溯到成立于2006年的北京威孚物理科技(后更名为汉民微测科技,最后被ASML收购)或成立于2009年北京东方塞姆科技(威孚物理+电工所):

通过公开的工商历史信息,还能从网上拉出当时研发人员名单出来:

history

参考

  • https://www.thermofisher.com/blog/materials/the-history-of-the-electron-microscope/
  • https://en.wikipedia.org/wiki/Scanning_transmission_electron_microscopy
  • https://en.wikipedia.org/wiki/Transmission_electron_microscopy#History
  • https://wayback.archive-it.org/9060/20230418185309/https://authors.library.caltech.edu/5456/1/hrst.mit.edu///hrs/materials/public/ElectronMicroscope/EM_HistOverview.htm
  • https://vaccoat.com/blog/electron-microscope-invention-historical-overview/
  • https://www.microscopemaster.com/electron-microscope.html

SEM SEM