电子显微镜领域的发展情况与竞争格局
思瀚产业研究院 量子技术    2025-12-11

1、电子显微镜的原理、分类及市场结构

电子显微镜的工作原理为将一束极细的照明电子束以一定方式照射到样品上，电子束和样品间的相互作用产生带有样品信息的信号，将这些信号收集、放大形成样品的放大图像，最后被记录。

扫描电镜是一种分辨能力介于光学显微镜和透射电镜之间的微观分析仪器。相比透射电镜，扫描电镜具有制样简单、对样品损伤小、成本较低等特点。扫描电镜可以对样品表面微观形貌和元素成分进行表征分析，根据其使用的电子枪类型不同，扫描电镜可进一步细分为钨灯丝扫描电镜与场发射扫描电镜。钨灯丝扫描电镜价格便宜，对使用环境要求不高，但分辨率较低、电子枪使用寿命较短；场发射扫描电镜分辨率较高，电子枪使用寿命较长，但价格和对使用环境的要求较高。

双束电镜系在扫描电镜的基础上增加了聚焦离子束功能，因此在扫描电镜对样品的精确定位和微观成像实时观察下，双束电镜可以利用离子束对材料进行微纳加工。以半导体行业为例，双束电镜独有的离子束蚀刻、加工功能与透射电镜所特有的超高分辨率均有着扫描电镜不可替代的作用；在半导体芯片制造和修复过程中，拥有离子束的双束电镜能够在对芯片内部的电路进行修改的同时进行观测，从而精准定位和修复故障，这是仅有电子束的扫描电镜所无法实现的。

透射电镜与扫描电镜成像原理不同，利用高能电子束穿透样品，通过收集透射电子衍射和成像信息来观测样品的内部精细结构。透射电镜的超高分辨率能够直接观察到半导体材料中的原子排列和缺陷，如位错、空位和杂质原子等，提供原子级的成像，补充了扫描电镜所无法提供的细节。同时，透射电镜所独有的穿透能力使得研究者能够同时观察到半导体的表面和结构内部。

在电子显微镜领域，量子技术是国内目前少数具有扫描电镜、双束电镜自主研发及生产能力的企业。量子技术的扫描电镜产品涵盖钨灯丝扫描电镜、场发射扫描电镜，依据产品特性划分包括入门级产品、高性能产品与高通量扫描电镜等，产品种类齐全，是国内为数不多具有扫描电镜研发与生产能力的企业，产品市场份额位居国内品牌第一。对于双束电镜，公司是国内少数具有研发所需技术的企业，并顺利实现商业化交付，产品市场份额位居国内品牌第一。

2、扫描电镜的发展情况

扫描电镜是生物学、医学、材料科学、冶金、考古等各领域广泛应用的重要仪器，特别是对各种样品观察的有力工具。

扫描电镜中可以同时组装其他观察仪器，如波谱仪、能谱仪等，实现对样品的表面形貌、微区成分等方面的综合同步分析。

目前高性能场发射扫描电镜的分辨率最高可达到1nm以下，基于以上特点，扫描电镜已成为电镜领域最广泛使用的产品。除了化工材料结构观察与检测、微生物表面及内部结构观察等传统应用领域外，扫描电镜也正在成为半导体检测的关键设备之一，在研发和质检方面具有不可替代的作用，如用于研究纳米晶片、纳米晶体管和纳米晶圆的元件，膜应力、关键尺寸量测以及晶圆表面缺陷检测等。

根据瑞林咨询的资料，我国 2024 年扫描电镜市场规模约为 20.11 亿元，近三年复合增长率达 9.4%，市场需求稳步上升，应用场景也不断增加，其中国外品牌份额占比约七成、国产品牌份额约三成。目前，量子技术在国产扫描电镜品牌领域占据市场领先地位。

在纳米科技、生命科学、材料科学和半导体行业，扫描电子显微镜扮演着核心技术角色，对技术进步具有决定性影响。鉴于此，国际扫描电镜制造商正逐渐加强对其产品的出口限制。例如，2024 年 4 月日本经济产业省对外宣布，将半导体和量子科技领域的四个品类纳入全新的出口管控名单，用于半导体图像的扫描电子显微镜即是本次限制出口的产品之一，而日本企业是目前高端扫描电镜最主要的供应商之一。在扫描电子显微镜领域，突破国外厂商的“卡脖子”问题已迫在眉睫。

3、双束电镜的发展情况

双束电镜由于聚焦离子束的特性，在功能上与仅用于观测的电子显微镜有着显著区别，将应用领域进一步拓展。

双束电镜系统优势明显，同时具有聚焦离子束和扫描电子显微镜的功能，可在高分辨率扫描电镜图像的监控下进行聚焦离子束的微细加工，与图形发生器配套使用可制备纳米级图形。随着半导体电子器件及集成电路技术的飞速发展，元器件及电路结构越来越复杂，对微电子芯片工艺诊断、失效分析、微纳加工以外的要求越来越高，双束电镜系统所具备的强大精细加工和微观分析功能，使其能够广泛应用于微电子设计和制造领域。通过与各种探测器、微纳操纵仪及测试装置集成，双束电镜系统逐渐发展成为一个集微区成像、加工、分析、操纵于一体的功能完备的综合型分析与表征设备，应用范围从最初的半导体行业拓展至材料科学、生命科学和地质学等众多领域，应用前景广阔。

在全球市场中，主要电子显微镜制造商纷纷在双束电镜领域进行战略布局与升级。2016 年，赛默飞完成对 FEI 公司的收购，旨在将 FEI 在电镜技术领域的专业能力整合入赛默飞的产品组合中。近年 TESCAN 先后研发了基于 Ga 离子、Xe 离子的多款双束电镜，并改进了离子束加工功能。根据瑞林咨询的行业报告，2024 年，全球双束电子显微镜市场规模为 70 亿元人民币，我国的市场规模为 23亿元人民币。伴随着生物医学、半导体检测等领域对聚焦离子束微纳加工技术需求的持续增长，双束电镜市场规模有望稳步提升。

4、电子显微镜市场规模和竞争格局

根据 Technavio 和瑞林咨询的资料，2024 年全球电子显微镜整体市场规模约39 亿美元（约合人民币 277 亿元），预计 2028 年将增长至 54 亿美元（约合人民币 383 亿元），2023-2028 年复合增长率达 8.1%。其中，2024 年中国电子显微镜整体市场规模约人民币 61.49 亿元。由于电子显微镜技术水平较高，市场参与者较少，全球电镜市场基本被赛默飞、日本电子、日立高新、蔡司、TESCAN 等几大巨头占据。

目前，国内仅有量子技术、中科科仪、泽攸科技、纳克微束、上海精测半导体等少数几家企业具有电子显微镜的研发与生产能力，成立时间都相对较晚，产品种类较少且主要集中于扫描电镜，国产品牌进口替代空间广阔。