透鏡內探測器設計難度較大

除了需要極細的電子束，掃描電鏡圖像的獲得還需要高效的二次電子探測器。“現在主流的掃描電鏡大多采用半磁浸沒式或者全浸沒式透鏡技術，也就是將探測器裝到電磁透鏡上方，利用磁場力的作用來收集二次電子。”曾毅說。

分辨率較低的鎢絲燈掃描電鏡的探測器一般位于電磁透鏡和樣品之間。在這種情況下，探測器和樣品的距離就比較近，樣品和透鏡的距離（工作距離）就比較遠。事實上，掃描電鏡的圖像分辨率與工作距離密切相關，距離長會導致圖像分辨率降低，而距離近則能提高圖像分辨率。

為了提高掃描電鏡的圖像分辨率，就要盡可能地縮短樣品和透鏡之間的距離，采用的方法就是把探測器往電磁透鏡上方移。這樣，工作距離就可以縮得很短。2000年以后，工作距離更短、圖像分辨率更高的場發射掃描電鏡應運而生，并成為主流產品。而目前主流場發射掃描電鏡都采用半浸沒式或全浸沒式電磁透鏡，也就是將探測器裝在電磁透鏡上方或者里面。 

探測器在樣品和電磁透鏡之間的鎢絲燈掃描電鏡設計簡單，利用電場的作用來探測二次電子，只需要在探測器的前端加一個正電壓，探測器就可以將二次電子“吸過去”，收集起來。而場發射掃描電鏡將探測器裝到電磁透鏡里面以后，雖然樣品和透鏡的距離拉近，但是探測器和樣品的距離卻變得更遠了，收集二次電子的效率就會大大降低。

“此時僅僅靠在探測器前端加正電壓吸引二次電子的方法就行不通了，需要借助磁場力作用將二次電子吸到電磁透鏡內部。場發射掃描電鏡如何利用磁場力的作用將二次電子高效地吸到電磁透鏡內，在提高采集效率這一點上，我們需要有所突破。”曾毅說。