SEM、TEM、XRD、AES、STM、AFM的区别

SEM、TEM、XRD、AES、STM、AFM的区别主要是名称不同、工作原理不同、作用不同、

一、名称不同

1、SEM，英文全称：Scanningelectronmicroscope，中文称：扫描电子显微镜。

2、TEM，英文全称：TransmissionElectronMicroscope，中文称：透射电子显微镜。

3、XRD，英文全称：Diffractionofx－rays，中文称：X射线衍射。

4、AES，英文全称：AugerElectronSpectroscopy，中文称：俄歇电子能谱。

5、STM，英文全称：ScanningTunnelingMicroscope，中文称：扫描隧道显微镜。

6、AFM，英文全称：AtomicForceMicroscope，中文称：原子力显微镜。

二、工作原理不同

1．扫描电子显微镜的原理是用高能电子束对样品进行扫描，产生各种各样的物理信息。通过接收、放大和显示这些信息，可以观察到试样的表面形貌。

2．透射电子显微镜的整体工作原理如下：电子枪发出的电子束经过冷凝器在透镜的光轴在真空通道，通过冷凝器，它将收敛到一个薄，明亮而均匀的光斑，辐照样品室的样品。通过样品的电子束携带着样品内部的结构信息。通过样品致密部分的电子数量较少，而通过稀疏部分的电子数量较多。

物镜会聚焦点和一次放大后，电子束进入第二中间透镜和第一、第二投影透镜进行综合放大成像。最后，将放大后的电子图像投影到观察室的荧光屏上。屏幕将电子图像转换成可视图像供用户观察。

3、x射线衍射（XRD）的基本原理：当一束单色X射线入射晶体，因为水晶是由原子规则排列成一个细胞，规则的原子之间的距离和入射X射线波长具有相同的数量级，因此通过不同的原子散射X射线相互干涉，更影响一些特殊方向的X射线衍射，衍射线的位置和强度的空间分布，晶体结构密切相关。

4．入射的电子束和材料的作用可以激发原子内部的电子形成空穴。从填充孔到内壳层的转变所释放的能量可能以x射线的形式释放出来，产生特征性的x射线，也可能激发原子核外的另一个电子成为自由电子，即俄歇电子。

5．扫描隧道显微镜的工作原理非常简单。一个小电荷被放在探头上，电流从探头流出，穿过材料，到达下表面。当探针通过单个原子时，通过探针的电流发生变化，这些变化被记录下来。

电流在流经一个原子时涨落，从而非常详细地描绘出它的轮廓。经过多次流动后，人们可以通过绘制电流的波动得到构成网格的单个原子的美丽图画。

6．原子力显微镜的工作原理：当原子间的距离减小到一定程度时，原子间作用力迅速增大。因此，样品表面的高度可以直接由微探针的力转换而来，从而获得样品表面形貌的信息。

三、不同的功能

1．扫描电子显微镜（SEM）是介于透射电子显微镜和光学显微镜之间的一种微观形貌观察方法，可以直接利用样品表面材料的材料性质进行微观成像。

扫描电子显微镜具有高倍放大功能，可连续调节20000～200000倍。它有一个大的景深，一个大的视野，一个立体的形象，它可以直接观察到各种样品在不均匀表面上的细微结构。

样品制备很简单。目前，所有的扫描电镜设备都配备了x射线能谱仪，可以同时观察微观组织和形貌，分析微区成分。因此，它是当今非常有用的科学研究工具。

2．透射电子显微镜在材料科学和生物学中有着广泛的应用。由于电子容易散射或被物体吸收，穿透率低，样品的密度和厚度会影响最终成像质量。必须制备超薄的薄片，通常为50～100nm。

所以当你用透射电子显微镜观察样品时，你必须把它处理得很薄。常用的方法有：超薄切片法、冷冻超薄切片法、冷冻蚀刻法、冷冻断裂法等。对于液体样品，通常挂在预处理过的铜线上观察。

3X射线衍射检测的重要手段的人们意识到自然，探索自然，尤其是在凝聚态物理、材料科学、生活、医疗、化工、地质、矿物学、环境科学、考古学、历史、和许多其他领域发挥了积极作用，不断拓展新领域、新方法层出不穷。

特别是随着同步辐射源和自由电子激光的兴起，x射线衍射的研究方法还在不断扩展，如超高速x射线衍射、软x射线显微术、x射线吸收结构、共振非弹性x射线衍射、同步x射线层析显微术等。这些新的X射线衍射检测技术必将为各个学科注入新的活力。

4，俄歇电子在固体也经历了频繁的非弹性散射，可以逃避只是表面的固体表面原子层的俄歇电子，电子的能量通常是10～500电子伏特，他们的平均自由程很短，约5～20，所以俄歇电子能谱学调查是固体表面。

俄歇电子能谱通常采用电子束作为辐射源，可以进行聚焦和扫描。因此，俄歇电子能谱可用于表面微观分析，并可直接从屏幕上获得俄歇元素图像。它是现代固体表面研究的有力工具，广泛应用于各种材料的分析，催化、吸附、腐蚀、磨损等方面的研究。

5．当STM工作时，探头将足够接近样品，以产生具有高度和空间限制的电子束。因此，STM具有很高的空间分辨率，可以用于成像工作中的科学观测。

STM在加工的过程中进行了表面上可以实时成像进行了表面形态，用于查找各种结构性缺陷和表面损伤，表面沉积和蚀刻方法建立或切断电线，如消除缺陷，达到修复的目的，也可以用STM图像检查结果是好还是坏。

6．原子力显微镜的出现无疑促进了纳米技术的发展。扫描探针显微镜，以原子力显微镜为代表，是一系列的显微镜，使用一个小探针来扫描样品的表面，以提供高倍放大。Afm扫描可以提供各类样品的表面状态信息。

与传统显微镜相比，原子力显微镜观察样品的表面的优势高倍镜下在大气条件下，并且可以用于几乎所有样品（与某些表面光洁度要求）并可以获得样品表面的三维形貌图像没有任何其他的样品制备。

扫描后的三维形貌图像可进行粗糙度计算、厚度、步长、方框图或粒度分析。

电荷注入不平衡是制约钙钛矿型发光二极管（PeLEDs）效率的主要问题之一。通过对多空穴传输层的器件结构进行了设计，成功地实现了高效的PeLEDs器件。然而，在一个典型的溶液法制备的PeLEDs中，多层HTL很容易被下一层的油墨重新溶解，这不仅严重恶化了HTLs的电性能，而且影响了顶层钙钛矿薄膜的质量。

来自苏州大学的研究人员针对这一现象， 通过在HTLs和钙钛矿层之间插入一层薄的原子层沉积氧化铝（Al2O3）层，成功的改善了界面接触，从而获得具有增强特性和平衡电荷注入的钙钛矿薄膜。 另外，由于适当的折射率（r），Al2O3层的存在也有利于PeLEDs的出光耦合。结果表明，所制备的绿色PeLEDs具有良好的重复性和17.0%的外量子效率，比不添加Al2O3的器件提高约60%。该工作为提高钙钛矿型光电器件中电荷传输层与钙钛矿之间的界面接触提供了一条很有前途的途径。相关论文以题目为“High Efficiency Perovskite Light-Emitting Diodes with Improved Interfacial Contact”发表在ACS Applied Materials &Interfaces 期刊上。

论文链接：

https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsami.0c07514

金属卤化物钙钛矿由于其独特的光电特性，是一种很有前途的发光二极管材料。在过去的几年里在器件方面取得了重大进展。在典型的PeLEDs中，器件通常由电极、电子传输层（ETL）、发射层（EML）和空穴传输层（HTL）组成。良好的能量水平校准是提高电荷注入效率的关键。切相关，因此迫切需要开发有效的方法来增强电荷传输层与EML之间的界面接触。在这种情况下，需要在钙钛矿薄膜和电荷传输层之间形成一个更可控、质量更高的界面层。在这里，作者开发了一种通过在中间插入原子层沉积处理过的氧化铝层来提高界面质量的方法。得到了很大改善的界面接触，同时也增强了钙钛矿前驱体在其上的润湿性，从而促进了高质量钙钛矿薄膜的形成。

图1.（a）底层再溶解示意图。（b）ITO / TFB / PVK的AFM高度和线扫描。 AFM图像的扫描区域为5μm×5μm。（c）ITO / TFB / PVK / Al2O3的AFM高度和线扫描（n = 50）。 AFM图像的扫描区域为5μm×5μm。

图2.（a）用不同循环Al2O3层覆盖的TFB / PVK的水接触角。（b）TFB / PVK / Al2O3（n = 0、30、50和70）上钙钛矿薄膜的SEM图像和（c）AFM图像。SEM图像的比例尺为200 nm。AFM图像的扫描区域为10μm×10μm。

图3.（a）沉积在TFB / PVK / Al2O3上的钙钛矿薄膜的PL强度（n = 0、30、50和70）。（b）沉积在TFB / PVK / Al2O3上的钙钛矿膜的PL强度与时间的关系（n = 0、30、50和70）。（c）具有不同循环Al2O3层的器件在514 nm波长处的模拟光通量。

图4.（a）具有ITO / TFB / PVK / Al2O3/钙钛矿/ TPBi /LiF / Al结构（n = 50）的器件的截面SEM图像。（b）PeLED器件结构的能量图。（c）具有n = 0、30、50和70的器件的J-V-L曲线。（d）具有或不具有Al2O3（n = 50）层的器件的EQE-J曲线。（e）n = 0、30、50和70的器件的EQE分布。（f）不使用（W / O）或使用Al2O3（n = 50）的器件的工作时间，其亮度衰减。

（文：爱新觉罗星）

AFM图中的颜色代表不同的高度，颜色越亮，代表这个位置的高度越高；颜色越暗，代表高度越低。

1、你给的文件中，上面那幅图中一堆亮的点是由于高度过大或者扫描参数没有调到最佳值，成像有点失真。对于高度的测量应该还有一个Z方向的标尺，通过AFM的相关软件可以直接分析。

2、下面的两张图中就给出了那条亮线对应的高度，及相同颜色两点的高度差。

---