透射电子显微镜（TEM分析）和扫描透射电子显微镜（STEM）是使用电子束对样品进行成像的类似技术。透射电镜和STEM分析的图像分辨率约为1-2 Å。高能电子（80-200 keV）通过电子透明样品（~100 nm厚）传输。TEM和STEM具有比SEM更好的空间分辨率，但通常需要更复杂的样品制备。

尽管TEM和STEM比许多其他常用分析工具更耗时，但可以从这些技术中获得各种信号，从而可以在纳米尺度上进行化学分析。除了高图像分辨率外，还可以表征晶体相位、晶体取向（使用电子衍射实验）、生成元素图（通过使用 EDS 或 EELS）并获取突出显示元素对比度的图像（Z 对比度或 HAADF-STEM 模式）。这些都可以从纳米尺度的精确定位区域完成。STEM 和 TEM 是用于薄膜和 IC 样品的出色故障分析工具。

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TEM-STEM理想用途

• 0.2 nm 分辨率的计量
• 识别集成电路上的纳米级缺陷，包括嵌入颗粒和通孔残留物
• 纳米级晶体相的测定
• 纳米颗粒表征：尺寸、核/壳研究、团聚、退火效应...
• 催化剂研究
• 纳米级元素图
• III-V族超晶格表征
• 晶体缺陷表征（位错、晶界、空隙、堆垛断层）

TEM-STEM优势强项

• 任何分析技术中空间分辨率最高的元素映射
• 低于 0.2 nm （2 Å） 的图像分辨率
• 小面积晶体学信息
• 结晶与无定形材料之间的强烈对比，无需化学染色

TEM-STEM缺点限制

• 显著的样品制备时间（1-4 小时）
• 采样量小。样品通常为 ~100 nm 厚和 5×5 μm
• 某些材料在高能电子束中不稳定

TEM-STEM技术规格

• 检测到的信号：透射电子、散射电子、二次电子、X射线
• 检测到的元素：B-U （EDS）
• 检测限：0.1-1 at%
• 成像/映射：是（EDS，EELS）
• 极限横向分辨率：<0.2 nm

TEM的典型应用领域

TEM广泛应用于材料科学、生物学、化学等领域，用于观察纳米级别的结构细节。具体应用包括：

• 0.2 nm分辨率的计量

• 识别集成电路上的纳米级缺陷，包括嵌入颗粒和通孔残留物

• 纳米级晶体相的测定

• 纳米颗粒表征：尺寸、核/壳结构、团聚、退火效应

• 催化剂研究

• 纳米级元素分布图

• III-V族超晶格表征

• 晶体缺陷表征（位错、晶界、空隙、堆垛断层）

TEM与SEM的成像区别

TEM与SEM在成像原理上存在本质差异：

• TEM成像依赖于透射电子：加速电子束穿透薄膜样品后到达探测屏，图像衬度主要由质厚衬度（样品的元素类型、含量和厚度差异）和衍射衬度（晶体取向不同）产生。

• SEM成像则基于反射电子（二次电子） ：加速电子经样品表面反射后进入探测屏，样品表面的凹凸不平和倾斜角度差异导致电子密度变化，从而形成图像衬度。

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