SPM(扫描探针显微镜)与SEM(扫描电子显微镜)相比，SEM历史更长且在各方面的发展已日渐成熟。而SPM正处在方兴未艾的发展之中，软件/硬件不断开发升级，应用技术也在不断开拓。更重要的是，SPM并非是在溯寻SEM的发展历史，而是朝着一个崭新的方向在发展。虽然从名称上看二者类似，但从本质来讲，“扫描探针”与“扫描电子”既有类似之处，又有完全不同之处。

　　本文通过观察常见的昆虫复眼为例来比较两种仪器，介绍SEM无法获得而SPM可以获得的高度分析结果。该昆虫复眼观察实例，也适用于其他各种材料的观察、测定。

    1. SPM与SEM的图像比较

    • SPM像（图1）

    图为蚂蚁复眼的三维图像。在准确测定各点高度基础上形成的三维图像，能够真实的反映出复眼表面的凹凸。

    SPM观察不到样品的颜色，通过模拟色彩来表示。可根据样品的情况添加颜色并区分使用。

    三维图像也可以根据高度处理结果，添加具有照明效果的阴影进行合成显示。

    与SEM图像相比，SPM图像保存后可以自由再处理，更适用于事后评价。

图1蚂蚁复眼的SPM像（合成三维图像）

    • SEM像（图2）

　　SEM像的优势在于图像具有边缘效应。SEM像的对比度，不是由高度引起的，而是由二次电子的产生量引起的，具有二维信息。因此，虽然不能读取该高度，但可以很清晰的观察到复眼。

　　SEM像，保存后的图像处理受限。例如，倾斜样品的图像等，必须保存每个条件下的图像。

　　与SPM相比，SEM在大视野及凹凸不平的大样品观察上具有一定的优势。

图2 苍蝇复眼的SEM像

    2. 通过SPM进行断面形状观察与高度分析

　　利用SPM像所具有的三维图像信息分析复眼的形状。图3为凹凸像（*），其图像中的分析线A—B的断面形状如图4所示。断面图的纵向刻度是扩大3倍显示的。由图可知，复眼的高度为2.91μm（红线表示），宽度为16.0μm（绿线表示）。

图3 凹凸像与分析线A—B	图4　 断面图与高度分析

　　凹凸像（＊）：即Topography，通过图像右侧的色列与直方柱状图分析高度及其分布情况。

    3.复眼的粗糙度解析

　　SPM通过统计学方法分析复眼的粗糙度。很多人都会为了测定粗糙度而使用SPM，与触针式粗糙度计相比，不仅能测量线、面的微米粗糙度，更突出的优势在于能够准确测量纳米粗超度。通过对SPM三维信号的自动解析，一般情况下常用“平均粗糙度”与“最大粗糙度”等表示，如图5所示。

    4.通过SPM进行粒度分析

　　SPM的粒度分析软件，利用高度与面积数据从三维图像中提取图像轮廓，再从约30种特征量中选择需要的参数进行迅速的统计处理。这些特征量可以表格、统计图形式显示。本文中，选择了以下4个特征量进行解析。
    ①平均直径 ②Z的最大值 ③表面积 ④体积

图6 粒度分析软件提取图像

　　图6在提取图像轮廓时，共提出14个粒子，软件自动删除了不完整的粒子，如图保留了4个完整粒子（1～4）。

　　该软件可以同时高速解析1000个以上的粒子，因此可以对纳米粒子进行解析。

　　图7为4个特征量的列表，其顺序与图6的1～4相对应。由该结果可知1号粒子的平均半径为7.86μm，直径约为15.7μm，高度为2.95μm。高度约为直径的1/5，因此，算不上眼睛向外突出。

图7 粒度解析结果一览表

　　SPM带来的三维世界，不仅可以解决许多二维SEM不能解决的问题，而且所得图像可以自由的处理、活用，给研究者带来更多的希望。