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title: "SEM 内透射成像：穿过薄样互动实验｜Sandbox Physics"
description: "样品多薄才适合在扫描电镜内透射成像？要薄到在选定的低束能下，还有相当一部分电子能穿过去。"
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last_modified: "2026-10-27"
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E24 · 低电压透射

# SEM 内透射成像：穿过薄样

**样品多薄才适合在扫描电镜内透射成像？** 要薄到在选定的低束能下，还有相当一部分电子能穿过去。样品越厚，透过的电子越少，图像也越糊。收集哪些角度的透射电子，决定了图像衬度从哪来。

选择束能、薄片厚度和收集角，分清问题出在透射太弱、探针太模糊，还是计数噪声。

> 交互仿真：在浏览器中打开本页，即可调整参数并运行模型。

模型假设

计数由固定随机种子合成，不是实验数据。扫描为 32 行 32 列，每个点存 125 个径向角度格，每格 2 毫弧度；落在窗口外的电子和被移除的电子另外模拟、单独计数。均匀的入射角盘、各向同性的高斯散射分布和经验衰减长度，都是教学假设，不是标定过的截面。计数之前，先用给定的高斯探针把有限大的样品模糊一遍。明场、环形明场和暗场这些名称只表示收集角范围；模型不求解相干相位衬度、动力学衍射和沟道效应，也不求解真实轻原子的环形明场成像。改变虚拟收集角时沿用已存的计数，显示增益不改任何数值。对比在预先指定的区域里计算，不做元素定量。硬件、厚度和样品横向尺寸各自放大了不同倍数；装置只画轴上一个代表点，忽略纳米级的扫描位移。扫描电镜束能 5 至 30 keV，扫描间隔 2 纳米，视场 64 纳米。类碳楔形样品的厚度从所选值的 0.6 倍变到 1.4 倍，里面有一个人为设定的原子序数 29 夹杂。

物理教程

## SEM 内透射成像：穿过薄样

**背景** 在扫描电镜里做透射成像，要选好束能、薄片厚度和收集角。图像不好时，再判断问题出在透射太弱、探针太模糊，还是计数噪声。

**为什么值得理解** 任务是在透射像里看清夹杂：从零角度开始收集，夹杂的暗对比至少 0.1，合并区域差值信噪比至少 10，所选点透射比例至少百分之三十，假定探针半高宽不超过 5 纳米。

先抓重点

- **核心问题**: 样品多薄才适合在扫描电镜内透射成像？
- **一句话直觉**: 选哪段角度，就决定了哪些存下来的电子参与成像。

### 核心数学模型

#### 按角度格计数

$$
\begin{aligned}\mu_j&=\frac{I\tau}{e}\,p_j\\N_{\rm ann}&=\sum_{j\in\mathcal A}N_j\end{aligned}
$$

每张虚拟图把所选角度区间里的径向计数加起来；区间含下边界，不含上边界。

#### 假定的散射角分布

$$
\begin{aligned}f(\theta)&=\frac{\theta}{s^2}\,e^{-\theta^2/(2s^2)}\\r&=L\tan\theta\end{aligned}
$$

各向同性高斯径向分布只是代替真实输运计算的假设。收集器上的半径，由角度和图中画出的收集器几何决定。

#### 两个已知区域的对比和噪声

$$
\begin{aligned}C&=\frac{\overline N_2-\overline N_1}{\overline N_2+\overline N_1}\\\sigma_\Delta^2&=\frac{\sum_1N}{n_1^2}+\frac{\sum_2N}{n_2^2}\\S&=\frac{|\overline N_2-\overline N_1|}{\sigma_\Delta}\end{aligned}
$$

合并差值用的是两个预先指定区域的计数统计。它不是每个像素的信噪比，也不反推成分。

### 常见难点

#### 亮像素不等于化学分析

**容易误解** 任何环形图都能直接认出是什么原子。

**正确理解** 厚度、收集角范围和探针重叠，也会改变对比。低角处的相位效应需要相干波模型，本模型没有包含。

### 动手实验

1. 01

   #### 先预测对比

   比较单独给出的样品输入、明场图和所选角度范围的图像。

   **你会看到：** 已知区域只用来检验对比，不是恢复出来的化学图。

2. 02

   #### 不重新采集，改变收集角

   改变内外收集角，同时看原始直方图和各类电子的结果总数。

   **你会看到：** 虚拟图会变，原始径向计数不变。

3. 03

   #### 试一个能达标的设置

   使用分清薄样预设并核对目标，再比较由计数得到的行剖面。

   **你会看到：** 有符号对比和合并差值信噪比要一起看。

4. 04

   #### 找出极限

   试试低曝光、宽探针和反向收集边界，再把样品加厚。

   **你会看到：** 增益只改变图像外观，补不回没采到的计数，也不能让模糊的探针变清晰。

物理结论

解读对比时，要把计数、收集角和探针宽度放在一起看。

场、流体与物质 · 入门路径

## 从电场到电子显微镜

先看懂电场、学会操控带电粒子，再算出电子的波长，用电子束观察晶体和表面。

[从这里开始 → **看见电场** 在偶极子周围移动探针，看电场是不是总指向电势地形的下坡方向。 观察 · 8 分钟](https://sandboxphysics.com/zh/labs/electric-field/)

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6. [6 SEM 二次电子表面形貌](https://sandboxphysics.com/zh/labs/sem-topography/)

[查看完整路径 →](https://sandboxphysics.com/zh/topics/fields-and-matter/#starter-path)