Elektronmikroskoop: Episood I

Kuidas elektronmikroskoop töötab? Mille poolest see erineb optilisest mikroskoobist, kas nende vahel on mingit analoogiat?

Elektronmikroskoobi töö põhineb pöörlemissümmeetriaga mittehomogeensete elektri- ja magnetväljade omadusel avaldada elektronkiirtele fokusseerivat mõju. Seega mängib läätsede rolli elektronmikroskoobis sobivalt arvutatud elektri- ja magnetväljade kogum; vastavaid seadmeid, mis neid välju loovad, nimetatakse "elektroonilisteks läätsedeks".

Olenevalt elektrooniliste läätsede tüübist elektronmikroskoobid jagunevad magnetilisteks, elektrostaatilisteks ja kombineeritud.

Milliseid objekte saab elektronmikroskoobiga uurida?

Nii nagu optilise mikroskoobi puhul, võivad objektid esiteks olla "isevalgustavad", st toimida elektronide allikana. See on näiteks kuumutatud katood või valgustatud fotoelektronkatood. Teiseks saab kasutada objekte, mis on teatud kiirusega elektronidele “läbipaistvad”. Teisisõnu, ülekandes töötades peavad objektid olema piisavalt õhukesed ja elektronid piisavalt kiired, et need läbiksid objekte ja siseneksid elektronläätsede süsteemi. Lisaks saab peegeldunud elektronkiirte abil uurida massiivsete objektide (peamiselt metallide ja metalliseeritud proovide) pindu. See vaatlusmeetod sarnaneb peegeldava optilise mikroskoopia meetoditega.

Vastavalt objektide uurimise olemusele jagatakse elektronmikroskoobid ülekande-, peegeldus-, emissiooni-, raster-, varju- ja peegelmikroskoobid.

Praegu on levinumad ülekandetüüpi elektromagnetmikroskoobid, milles kujutist tekitavad vaatlusobjekti läbivad elektronid. See koosneb järgmistest põhikomponentidest: valgustussüsteem, objektikaamera, teravustamissüsteem ja lõpppildi salvestusseade, mis koosneb kaamerast ja fluorestsentsekraanist. Kõik need sõlmed on omavahel ühendatud, moodustades nn mikroskoobi kolonni, mille sees rõhku hoitakse. Valgustussüsteem koosneb tavaliselt kolmeelektroodilisest elektronpüstolist (katood, teravustamiselektrood, anood) ja kondensaatorläätsest (räägime elektronläätsedest). See moodustab vajaliku ristlõike ja intensiivsusega kiiretest elektronidest kiire ja suunab selle objektikambris asuvale uuritavale objektile. Objekti läbiv elektronkiir siseneb objektiivist ja ühest või mitmest projektsiooniläätsest koosnevasse fokuseerimis- (projektsiooni)süsteemi.

Nanoobjektide uurimiseks kasutatakse optiliste mikroskoopide lahutusvõimet ( isegi ultraviolettkiirgust kasutades) on ilmselgelt ebapiisav. Sellega seoses 1930. a. Tekkis idee kasutada valguse asemel elektrone, mille lainepikkus, nagu teame kvantfüüsikast, on footoni omast sadu kordi lühem.

Nagu teate, põhineb meie nägemine objekti kujutise moodustamisel silma võrkkestale sellelt objektilt peegelduvate valguslainete abil. Kui valgus läbib optilise süsteemi enne silma sattumist mikroskoop, näeme suurendatud pilti. Sel juhul juhivad valguskiirte teekonda oskuslikult läätsed, mis moodustavad seadme objektiivi ja okulaari.

Kuid kuidas saada objektist palju suurema eraldusvõimega kujutis, kasutades mitte valguskiirgust, vaid elektronide voogu? Teisisõnu, kuidas on võimalik näha objekte, kasutades pigem osakesi kui laineid?

Vastus on väga lihtne. Teatavasti mõjutavad elektronide trajektoori ja kiirust oluliselt välised elektromagnetväljad, mille abil saab elektronide liikumist efektiivselt juhtida.

Teadus elektronide liikumisest elektromagnetväljades ja vajalikke välju moodustavate seadmete arvutamine on nn. elektronoptika.

Elektroonilise kujutise moodustavad elektri- ja magnetväljad umbes samamoodi nagu valguskujutist optilised läätsed. Seetõttu nimetatakse elektronmikroskoobis elektronkiire teravustamise ja hajutamise seadmeid " elektroonilised läätsed”.

Elektrooniline objektiiv. Voolu kandvate juhtmete mähised fokuseerivad elektronkiire samamoodi, nagu klaaslääts fokusseerib valguskiire.

Mähise magnetväli toimib koonduva või lahkneva läätsena. Magnetvälja kontsentreerimiseks on mähis kaetud magnetväljaga. raudrüü» valmistatud spetsiaalsest nikli-koobalti sulamist, jättes siseossa vaid kitsa vahe. Sel viisil loodud magnetväli võib olla 10–100 tuhat korda tugevam kui Maa magnetväli!

Kahjuks ei suuda meie silmad elektronkiire otse tajuda. Seetõttu kasutatakse neid " joonistamine” pilte fluorestsentsekraanidel (mis elektronide tabamisel helendavad). Muide, sama põhimõte on ka kuvarite ja ostsilloskoopide töö aluseks.

Seal on suur hulk erinevaid elektronmikroskoopide tüübid, mille hulgas on kõige populaarsem skaneeriv elektronmikroskoop (SEM). Selle lihtsustatud diagrammi saame, kui asetame uuritava objekti tavalise teleri elektronkiiretoru sisse ekraani ja elektronide allika vahele.

Sellises mikroskoopõhuke elektronkiir (kiire läbimõõt umbes 10 nm) jookseb (nagu skaneerides) proovi ümber horisontaaljooni, punkt-punktilt ja edastab signaali sünkroonselt kineskoobile. Kogu protsess sarnaneb teleri tööga skannimisprotsessi ajal. Elektronide allikaks on metall (tavaliselt volfram), millest termioonilise emissiooni tulemusena kuumutamisel elektronid eralduvad.

Skaneeriva elektronmikroskoobi tööskeem

Termoemissioon– elektronide vabanemine juhtide pinnalt. Vabanevate elektronide arv on T=300K juures väike ja suureneb temperatuuri tõustes eksponentsiaalselt.

Kui elektronid läbivad proovi, on osa neist hajutatud kokkupõrgete tõttu proovi aatomite tuumadega, teised hajuvad aatomite elektronidega kokkupõrgete tõttu ja kolmandad läbivad seda. Mõnel juhul emiteeritakse sekundaarseid elektrone, indutseeritakse röntgenkiirgust jne. Kõik need protsessid salvestavad spetsiaalsed detektorid ja teisendatud kujul kuvatakse ekraanil, luues uuritavast objektist suurendatud pildi.

Suurenduse all mõistetakse sel juhul ekraanil oleva kujutise suuruse suhet proovil oleva kiirega kaetud ala suurusesse. Kuna elektroni lainepikkus on suurusjärku väiksem kui footoni oma, võib see suurendus tänapäevastes SEM-ides ulatuda 10 miljonini15, mis vastab mõne nanomeetri eraldusvõimele, mis võimaldab visualiseerida üksikuid aatomeid.

Peamine puudus elektronmikroskoopia– vajadus töötada täielikus vaakumis, sest mistahes gaasi olemasolu mikroskoobi kambris võib viia selle aatomite ioniseerumiseni ja tulemusi oluliselt moonutada. Lisaks on elektronidel bioloogilistele objektidele hävitav mõju, mistõttu on need paljudes biotehnoloogia valdkondades uurimistöös kõlbmatud.

Loomise ajalugu elektronmikroskoop on tähelepanuväärne näide interdistsiplinaarsel lähenemisel põhinevast saavutusest, kui iseseisvalt arenevad teadus- ja tehnoloogiavaldkonnad tulid kokku, et luua uus võimas teadusuuringute tööriist.

Klassikalise füüsika tipp oli elektromagnetvälja teooria, mis selgitas valguse, elektri ja magnetismi levikut elektromagnetlainete levimisena. Laineoptika selgitas difraktsiooni fenomeni, kujutise moodustumise mehhanismi ja eraldusvõimet määravate tegurite mängu valgusmikroskoobis. Edu kvantfüüsika me võlgneme elektroni avastamise selle spetsiifiliste osakeste-laine omadustega. Need eraldiseisvad ja näiliselt iseseisvad arenguteed viisid elektronoptika loomiseni, mille üheks olulisemaks leiutiseks oli 1930. aastatel elektronmikroskoop.

Kuid ka teadlased ei jäänud sellele puhkama. Elektriväljaga kiirendatud elektroni lainepikkus on mitu nanomeetrit. See pole halb, kui tahame näha molekuli või isegi aatomvõre. Aga kuidas vaadata aatomi sisse? Milline on keemiline side? Kuidas näeb välja ühe keemilise reaktsiooni protsess? Sel eesmärgil töötavad täna erinevate riikide teadlased välja neutronmikroskoope.

Neutroneid leidub tavaliselt aatomituumades koos prootonitega ja nende mass on peaaegu 2000 korda suurem kui elektronil. Need, kes pole unustanud de Broglie valemit kvantpeatükist, saavad kohe aru, et neutroni lainepikkus on sama palju kordi lühem, see tähendab, et see on pikomeetrid, nanomeetri tuhandikud! Siis ei paista aatom teadlastele mitte uduse täpina, vaid kogu oma hiilguses.

Neutron mikroskoop sellel on palju eeliseid – eelkõige kaardistavad neutronid hästi vesinikuaatomeid ja tungivad kergesti läbi paksude proovikihtide. Samas on seda ka väga raske ehitada: neutronitel puudub elektrilaeng, mistõttu nad eiravad kergesti magnet- ja elektrivälju ning püüavad anduritest kõrvale hiilida. Lisaks pole aatomitest suuri kohmakaid neutroneid nii lihtne välja ajada. Seetõttu on täna neutronmikroskoobi esimesed prototüübid täiuslikkusest veel väga kaugel.

ELEKTRONMIKROSKOOP- seade objektist mitmekordselt (kuni 10 6 korda) suurendatud kujutise vaatlemiseks ja pildistamiseks, milles valguskiirte asemel kasutatakse sügavates tingimustes kõrgetele energiatele (30-1000 keV või enam) kiirendatud kiirte asemel. Phys. korpuskulaarkiire optika põhialused. seadmed asutas aastatel 1827, 1834-35 (peaaegu sada aastat enne elektronmikroskoopia tulekut) W. R. Hamilton, kes tuvastas analoogia olemasolu valguskiirte läbimise optiliselt ebahomogeenses keskkonnas ja osakeste liikumistrajektooride vahel jõuväljades. . E. m loomise teostatavus sai ilmseks pärast seda, kui 1924. aastal esitati hüpotees de Broglie lainete kohta ja tehniline. eeldused lõi H. Busch, kes 1926. aastal uuris teljesümmeetriliste väljade teravustamisomadusi ja töötas välja magnetvälja. elektrooniline objektiiv. 1928. aastal alustasid M. Knoll ja E. Ruska esimese magneti loomist. T(TEM) ja kolm aastat hiljem saadi elektronkiirte poolt moodustatud objektist kujutis. Järgnevatel aastatel ehitati esimene rasterelektronmikroskoopia (SEM), mis toimis skaneerimise põhimõttel, st õhukese elektronkiire (sondi) järjestikusel liikumisel üle objekti punktist punkti. K ser. 1960. aastad SEM-id on jõudnud kõrgtehnoloogiani. täiuslikkuseni ja sellest ajast alates algas nende laialdane kasutamine teaduses. uurimine. PEM-id on kõige kõrgemad resolutsioon, ületades selle parameetri poolest heledaid mikroskoobid mitmes tuhat korda. Eraldusvõime piir, mis iseloomustab seadme võimet pildistada eraldi kahte maksimaalselt üksteise lähedal asuvat objekti detaili, on TEM-i jaoks 0,15-0,3 HM, st saavutab taseme, mis võimaldab jälgida uuritavate objektide aatomi- ja molekulaarstruktuuri. Sellised kõrged eraldusvõimed saavutatakse tänu elektronide äärmiselt lühikesele lainepikkusele. E. m läätsedel on aberratsioone, mille tõhusaid parandusmeetodeid pole erinevalt valgusmikroskoobist leitud (vt. Elektrooniline ja ioonoptika).Seetõttu on TEM mag. elektroonilised läätsed(EL), mille aberratsioonid on suurusjärgu võrra väiksemad, on elektrostaatilised täielikult asendanud. Optimaalne ava (vt. Diafragma elektron- ja ioonoptikas) on võimalik vähendada sfäärilist. läätse aberratsiooni mõjutav

E.M eraldusvõime kohta Kasutusel olevad TEM-id võib jagada kolme rühma: kõrge eraldusvõimega E.M., lihtsustatud TEM-id ja ainulaadsed ülikõrge eraldusvõimega E.M.

Kõrge eraldusvõimega TEM(0,15-0,3 nm) - universaalsed mitmeotstarbelised seadmed. Neid kasutatakse objektide kujutiste vaatlemiseks heledas ja pimedas väljas, nende elektronograafilise struktuuri uurimiseks. meetod (vt Elektronograafia), teostades kohalikke koguseid. kasutades energiaspektromeetrit. elektronide ja röntgenkristallide kadu. ja pooljuht ning saada spektroskoopiline. objektide kujutised, kasutades filtrit, mis filtreerib välja elektronid, mille energia on väljaspool määratud energiat. aken. Filtrit läbinud ja kujutist moodustavate elektronide energiakadu põhjustab ühe kemikaali olemasolu objektis. element. Seetõttu suureneb nende piirkondade kontrastsus, kus see element esineb. Liigutades akent mööda energiat. spekter võtab vastu erinevate jaotused objektis sisalduvad elemendid. Filtrit kasutatakse ka monokromaatorina, et suurendada elektronmikroskoopia eraldusvõimet suure paksusega objektide uurimisel, mis suurendavad elektronide energia levikut ja (selle tulemusena) kromaatilist aberratsiooni.

Täiendava abiga seadmeid ja lisasid, saab TEM-is uuritavat objekti optilise läätse suhtes erinevatel tasapindadel suure nurga all kallutada. telg, soojendada, jahutada, deformeerida. Kõrge eraldusvõimega emitterites on elektronide kiirendamise pinge 100–400 kV, see on astmeliselt reguleeritav ja väga stabiilne: 1–3 minuti jooksul ei tohi selle väärtus muutuda rohkem kui (1–2)·10 - 6 algväärtusest. Objekti paksus, mida saab "valgustada" elektronkiirega, sõltub kiirenduspingest. 100-kilovoldistes elektromagnetlainetes uuritakse objekte paksusega 1 kuni mitu meetrit. kümneid nm.

Kirjeldatud tüüpi TEM on skemaatiliselt näidatud joonisel fig. 1. Oma elektron-optilises süsteemis (kolonnis) tekitatakse vaakumsüsteemi abil sügav vaakum (rõhk kuni ~10 -5 Pa). Elektro-optiline ahel. TEM-süsteem on näidatud joonisel fig. 2. Elektronkiir, mille allikaks on termioonkatood, tekib elektronpüstol ja kõrgepinge kiirendit ning seejärel fokusseeritakse kaks korda esimese ja teise kondensaatoriga, luues objektile väikese elektroonilise “täpi” (kohandamisel võib koha läbimõõt varieeruda 1-20 mikronit). Pärast objekti läbimist hajuvad osa elektronid ava diafragma poolt laiali ja viivitatakse. Hajutamata elektronid läbivad ava ja fokusseeritakse läätse abil vahepealse elektronläätse objektitasandile. Siin moodustub esimene suurendatud pilt. Järgnevad objektiivid loovad teise, kolmanda jne pildi. Viimane – projektsioon – lääts moodustab kujutise katodoluminestsentsekraanil, mis elektronide mõjul helendab. Elektronide hajumise aste ja iseloom ei ole objekti erinevates punktides ühesugused, sest paksus, struktuur ja keemiline. objekti koostis on punktiti erinev. Sellest lähtuvalt muutub ava diafragmat läbivate elektronide arv ja sellest tulenevalt ka pildi voolutihedus. Tekib amplituudikontrast, mis muudetakse ekraanil heledaks kontrastiks. Õhukeste esemete puhul on see ülekaalus faasi kontrast, mis on põhjustatud objektil hajutatud faaside muutumisest, mis segab pilditasandit. Emulsioonekraani all on fotoplaatidega ajakiri, pildistamisel eemaldatakse ekraan ja elektronid mõjutavad fotoemulsioonikihti. Objektiivi objektiiv teravustab kujutise sujuva voolu reguleerimise abil, mis muudab selle magnetvälja. valdkonnas. Teiste elektrooniliste läätsede voolud reguleerivad emitteri suurendust, mis on võrdne kõigi läätsede suurenduste korrutisega. Suure suurenduse korral muutub ekraani heledus ebapiisavaks ja pilti jälgitakse heleduse võimendi abil. Pildi analüüsimiseks teostatakse selles sisalduva info analoog-digitaalne konverteerimine ja töötlemine arvutis. Etteantud programmi järgi täiustatud ja töödeldud pilt kuvatakse arvutiekraanil ja vajadusel sisestatakse salvestusseadmesse.

Riis. 1. Transmissioonelektronmikroskoop (PEM): 1 - kiirendiga elektronpüstol; 2-kondensumbrohuläätsed; 3 -objektiiv; 4 - projektsioon läätsed; 5 -valgusmikroskoop, lisaks suumitudekraanil vaadeldava pildi lugemine; b- seehelmed vaatlusakendega, mille kaudu saab jälgidaanda pilt; 7 - kõrgepingekaabel; 8 - vaakumsüsteem; 9 - Pult; 10 -seisma; 11 - kõrgepinge toiteseade; 12 - objektiivi toiteallikas.

Riis. 2. TEM-i elektron-optiline skeem: 1 -katood; 2 - teravustamissilinder; 3 - kiirendi; 4 -pervy (lühivise) kondensaatori loomine elektroniallika vähendatud kujutis; 5 - teine ​​(pika fookusega) kondensaator, mis edastab allika vähendatud kujutise elektronid objekti kohta; 6 -objekt; 7 - ava diaobjektiivi ava; 8 - objektiiv; 9 , 10, 11 -süsteem projektsiooniläätsed; 12 - katodoluminestsents ekraan.

Lihtsustatud FEM mõeldud teaduslikuks uuringud, mis ei vaja kõrget eraldusvõimet. Neid kasutatakse ka eeltöötluseks. objektide vaatamine, rutiinne töö ja hariduslikel eesmärkidel. Need seadmed on disainilt lihtsad (üks kondensaator, 2-3 elektroonilist objektiivi objekti kujutise suurendamiseks), madalama (60-100 kV) kiirenduspingega ning madalama kõrgepinge- ja läätsevoolude stabiilsusega. Nende eraldusvõime on 0,5-0,7 nm.

Ülikõrge pinge E. m . (SVEM) - seadmed kiirenduspingega 1 kuni 3,5 MB - on suuremõõtmelised konstruktsioonid kõrgusega 5 kuni 15 m. Need on varustatud spetsiaalse varustusega. ruumid või ehitada eraldi hooned, mis on SVEM kompleksi lahutamatu osa. Esimesed SVEM-id olid mõeldud suurte (1-10 mikronit) paksuste objektide uurimiseks, mis säilitasid massiivse tahke keha omadused. Kromaatilise tugeva mõju tõttu aberratsioonid, selliste E. m lahutusvõime väheneb. Võrreldes 100-kilovoldiste elektronmikroskoopidega on aga paksude objektide kujutiste eraldusvõime ultraviolett-elektronmikroskoopias 10–20 korda suurem. Kuna elektronide energia SVEM-is on suurem, on nende lainepikkus lühem kui kõrge eraldusvõimega TEM-is. Seetõttu pärast keerukate tehniliste lahenduste lahendamist probleeme (selleks kulus rohkem kui kümme aastat) ning kõrge vibratsioonikindluse, usaldusväärse vibratsiooniisolatsiooni ja piisava mehaanilise ja elektriline Stabiilsus UVEM-il saavutati poolläbipaistva elektronmikroskoopia kõrgeima eraldusvõimega (0,13–0,17 nm), mis võimaldas pildistada aatomistruktuuride kujutisi. Samas sfääriline Objektiivi aberratsioon ja defookus moonutavad äärmusliku eraldusvõimega tehtud pilte ja segavad usaldusväärse teabe hankimist. See infobarjäär ületatakse fokaalseeriate abil, mis saadakse dif. objektiivi defokuseerimine. Paralleelselt viiakse sama defokuseerimise jaoks läbi uuritava aatomi struktuuri arvutisimulatsioon. Fokaalseeriate võrdlemine mudelpiltide seeriatega aitab dešifreerida äärmise eraldusvõimega ultraviolett-elektronmikroskoopiaga tehtud aatomistruktuuride mikrograafe. Joonisel fig. Joonisel 3 on kujutatud SVEM-i skeem, mis asub spetsiaalses hoone. Põhiline Seadme komponendid ühendatakse ühtseks kompleksiks platvormi abil, mille servad riputatakse lae alla nelja keti ja lööke neelavate vedrude külge. Platvormi peal on kaks mahutit, mis on täidetud elektriisolatsioonigaasiga rõhul 3-5 atm. Ühte neist on paigutatud kõrgepingegeneraator, teise elektrostaatiline generaator. elektronkiirendaja elektronpüstoliga. Mõlemad mahutid on ühendatud toruga, mille kaudu edastatakse generaatorist tulev kõrgepinge gaasipedaali. Elektron-optiline seade külgneb paagiga, mille gaasipedaal on altpoolt. hoone alumises osas paiknev kolonn, mis on röntgenikiirguse eest kaitstud laega. kiirendis tekkiv kiirgus. Kõik loetletud sõlmed moodustavad jäiga struktuuri, millel on füüsikalised omadused. pendel oma suure (kuni 7 s) perioodiga. , mida summutavad vedelikusiibrid. Pendelvedrustussüsteem tagab SVEM-i tõhusa isoleerimise väljastpoolt. vibratsioonid Seadet juhitakse kolonni lähedal asuvast puldist. Seadme objektiivide, kolonnide ja muude komponentide disain on sarnane vastavate FEM-seadmetega ning erineb neist suuremate mõõtmete ja kaalu poolest.

Riis. 3. Ülikõrgepinge elektronmikroskoop (SVEM): 1-vibratsiooni isoleeriv platvorm; 2-ahelaline, millel platvorm ripub; 3 - lööki neelav vedrud; 4-paaki, mis sisaldavad generaatoritkõrgepinge ja elektronide kiirendi elektronigaNoa relv; 5-elektron-optiline kolonn; 6- lagi, mis jagab SVEM-i hoone ülemiseks ja madalamad saalid ja töötavate töötajate kaitsmine alumine saal, röntgenikiirgusest; 7 - kaugjuhtimispult mikroskoobi juhtimine.

Raster E. m. (SEM) termopüstoliga - kõige levinum seadmetüüp elektronmikroskoopia. Nad kasutavad volframi ja heksaboriid-lantaani termokatoode. SEM-i eraldusvõime sõltub relva elektroonilisest heledusest ja vaadeldava klassi seadmetes on 5-10 nm. Kiirenduspinge on reguleeritav vahemikus 1 kuni 30-50 kV. SEM-seade on näidatud joonisel fig. 4. Kahe või kolme elektronläätse abil fokusseeritakse kitsas elektronsond proovi pinnale. Magn. läbipaindepoolid suunavad sondi objekti teatud alale. Kui sondi elektronid interakteeruvad objektiga, tekib mitut tüüpi kiirgust (joonis 5): sekundaarsed ja peegeldunud elektronid; Auger elektronid; röntgen bremsstrahlung ja iseloomulik kiirgus (vt Iseloomulik spekter); valguskiirgus jne. Kõiki objekti (kui see on õhuke) läbivat ja objektis neelduvat kiirgust, elektronide voolusid, samuti objektile indutseeritud pinget saab salvestada vastavate detektoritega, mis neid kiirgusi muundavad, voolud ja pinged elektriks. signaalid, mis pärast võimendamist suunatakse elektronkiiretorusse (CRT) ja moduleerivad selle kiirt. CRT-kiire skaneerimine toimub sünkroonselt SEM-is oleva elektronsondi skaneerimisega ja CRT-ekraanil vaadeldakse objekti suurendatud kujutist. Suurendus on võrdne kineskoopekraanil oleva kaadri suuruse suhtega objekti skannitud pinnal oleva vastava suurusega. Pilt pildistatakse otse kineskoopekraanilt. Põhiline SEM-i eeliseks on seadme kõrge infosisaldus, mis tuleneb võimalusest erinevate signaalide abil pilte jälgida. detektorid. SEM-i abil saate uurida mikroreljeefi, kemikaalide levikut. objekti kompositsioon, p-n-üleminekud, toodavad röntgenikiirgusid. spektraalanalüüs jne. SEM-e kasutatakse tehnoloogias laialdaselt. protsessid (seire elektroonilistes litograafiatehnoloogiates, mikroskeemide defektide kontrollimine ja tuvastamine, mikrotoodete metroloogia jne).

Riis. 4. Skaneeriva elektronmikroskoobi skeem (REM): 1 -elektronpüstoli isolaator; 2 -V- pilttermokatood; 3 -fookuselektrood; 4 - anood; 5 - kondensaatorläätsed; 6 - diafragma; 7 - kahetasandiline läbipaindesüsteem; 8 - objektiiv; 9 -objektiivi ava diafragma; 10 -objekt; 11 -sekundaarne elektrondetektor; 12 - kristalllic spektromeeter; 13 - proportsionaalne loendur; 14 - eelvõimendi; 15 - võimendusplokk; 16, 17 - seadmed registreerimiseks röntgenikiirgus; 18 - võimendusplokk; 19 - suurenduse juhtseade; 20, 21 - plokid põlevadzontaalne ja vertikaalne skaneerimine; 22, 23 -elektrooni kiirtorud.

Riis. 5. Objekti info registreerimise skeem, saadud SEM-is; 1-primaarne elektronkiir; 2-sekundaarne elektrondetektor; 3-rent detektorgen kiirgus; 4-peegeldunud elektronide detektorronov; 5-tigu elektrondetektor; 6 detektoriga valgustikaubanduslik kiirgus; 7 - edastatud elektroodide detektoruus; 8 - vooluahel läbiva voolu salvestamiseks elektronobjekt; 9-ahel voolu salvestamiseks objektis neeldunud elektronid; 10-skeem reobjektil indutseeritud elektrienergia registreerimine potentsiaal.

SEM-i kõrge eraldusvõime saavutatakse kujutise moodustamisega sekundaarsete elektronide abil. See on pöördvõrdeline selle tsooni läbimõõduga, millest need elektronid välja kiirguvad. Tsooni suurus sõltub sondi läbimõõdust, objekti omadustest, primaarkiire elektronide kiirusest jne. Primaarsete elektronide suure läbitungimissügavusega suurendavad igas suunas arenevad sekundaarsed protsessid sondi läbimõõtu. tsoon ja eraldusvõime vähenevad. Sekundaarne elektrondetektor koosneb fotokordisti toru(PMT) ja elektron-fotoonmuundur, põhi. mille elemendiks on stsintillaator. Stsintillaatorisähvatuste arv on võrdeline objekti antud punktis väljutatud sekundaarsete elektronide arvuga. Pärast võimendamist PMT-s ja videovõimendis moduleeritakse signaali CRT-kiirega. Signaali suurus sõltub proovi topograafiast, kohalike elektrivoolude olemasolust. ja mag. mikroväljad, koefitsientide väärtused. sekundaarne elektronemissioon, mis omakorda sõltub kemikaalist. proovi koostis antud punktis.

Peegeldunud elektronid püütakse kinni pooljuhtdetektoriga koos p - n- üleminek. Pildi kontrastsuse määrab koefitsiendi sõltuvus. peegeldus primaarkiire langemisnurgast objekti antud punktis ja punktist. ainete numbrid. "Peegeldunud elektronides" saadud kujutise eraldusvõime on madalam kui sekundaarsete elektronide kasutamisel (mõnikord suurusjärgu võrra). Elektronide lennu sirguse tõttu info osakonna kohta. kaovad objekti alad, kust pole otsest teed detektorini (ilmuvad varjud). Teabekao välistamiseks ja proovi reljeefist pildi moodustamiseks ei mõjuta lõiget selle elementaarne koostis ja vastupidi, et moodustada pilt kemikaalide jaotusest. elemendid objektis, mida selle topograafia ei mõjuta, kasutab SEM mitmest detektorisüsteemi. objekti ümber paigutatud detektorid, mille signaalid lahutatakse üksteisest või summeeritakse ning saadud signaal pärast võimendamist suunatakse CRT modulaatorisse.

röntgen iseloomulik kiirgus registreeritakse kristalliliseks. (laine-dispergeerivad) või pooljuht- (energiat hajutavad) spektromeetrid, mis täiendavad üksteist. Esimesel juhul röntgen. kiirgus siseneb pärast spektromeetri kristalli peegeldumist gaasi proportsionaalne loendur, ja teises - röntgen. Kvant ergastab signaale pooljuhtjahutusega (müra vähendamiseks) liitiumiga legeeritud räni või germaaniumi detektoris. Pärast võimendamist saab spektromeetri signaalid suunata CRT-modulaatorisse ja selle ekraanile ilmub pilt konkreetse kemikaali jaotusest. element piki objekti pinda.

Röntgeniga varustatud SEM-il. spektromeetrid toodavad kohalikke koguseid. analüüs: salvestatakse röntgenikiirgusega ergastatud impulsside arv. kvantid piirkonnast, kus elektrooniline sond peatati. Kristalliline. spektromeeter, kasutades analüsaatorikristallide komplekti, millel on erinevad. tasanditevahelised kaugused (vt Bragg-Wulfi seisukord)diskrimineerib kõrge spektriga. iseloomulik eraldusvõime spekter lainepikkuse järgi, mis hõlmab elementide vahemikku Be-st U-ni. Pooljuhtspektromeeter eristab röntgenikiirgust. kvantid nende energiate järgi ja registreerib samaaegselt kõik elemendid B-st (või C-st kuni U-ni). Selle spektraalne lahutusvõime on madalam kui kristallilistel. spektromeeter, kuid suurem tundlikkus. On ka teisi eeliseid: kiire teabe edastamine, lihtne disain, kõrged jõudlusomadused.

Raster Auger-E. m. (ROEM) seadmed, milles elektronsondi skaneerimisel tuvastatakse Augeri elektronid objekti sügavusest kuni 0,1-2 nm. Sellel sügavusel Augeri elektronide väljumistsoon ei suurene (erinevalt sekundaarsetest emissioonielektronidest) ja seadme eraldusvõime sõltub ainult sondi läbimõõdust. Seade töötab ülikõrgel vaakumil (10 -7 -10 -8 Pa). Selle kiirenduspinge on u. 10 kV. Joonisel fig. 6 näitab ROEM-seadet. Elektronkahur koosneb Schottky režiimis töötavast heksaboriid-lantaanist või volframist termokatoodist ja kolmeelektroodilisest elektrostaatilisest. läätsed. Selle läätse ja magnetiga fokusseeritakse elektronsond. objektiiv, milles objekt asub fookustasandil. Tiguelektronid kogutakse silindrilise abil. peegli energiaanalüsaator, mille sisemine elektrood katab läätse korpuse ja väline elektrood on objektiga külgnev. Kasutades analüsaatorit, mis eristab Augeri elektrone energia järgi, uuritakse keemilist jaotust. elemendid objekti pinnakihis submikronilise eraldusvõimega. Sügavate kihtide uurimiseks on seade varustatud ioonpüstoliga, mille abil eemaldatakse ioonkiirega söövitamise meetodil objekti ülemised kihid.

Riis. b. Skaneeriva Augeri elektronmikroskoobi skeem(ROEM): 1 - ioonpump; 2- katood; 3 - kolmeelektroodiline elektrostaatiline lääts; 4-kanaliline detektor; 5 avaga objektiiv; 6-noodi kõrvalekaldesüsteem elektroonilise sondi skaneerimiseks; 7-objektiiv; 8- välimine silindriline elektrood peegelanalüsaator; 9-objekt.

SEM koos väliheitmepüstoliga on kõrge eraldusvõimega (kuni 2-3 nm). Väljaemissioonipüstol kasutab otsakujulist katoodi, mille ülaosas tekib tugev elektrilöök. väli, mis eemaldab elektronid katoodilt ( autoelektroonilised heitmed). Väljaemissioonikatoodiga püstoli elektronide heledus on 10 3 -10 4 korda suurem kui termioonkatoodiga relva heledus. Vastavalt sellele suureneb elektronsondi vool. Seetõttu toimub väljaheitpüstoliga SEM-is kiire skaneerimine koos aeglase skaneerimisega ja eraldusvõime suurendamiseks vähendatakse sondi läbimõõtu. Väljaemissioonikatood töötab aga stabiilselt ainult ülikõrges vaakumis (10 -7 -10 -9 Pa), mis raskendab selliste SEM-ide projekteerimist ja töötamist.

Läbipaistev raster E. m. (STEM) on sama kõrge eraldusvõimega kui TEM. Need seadmed kasutavad ülikõrge vaakumi tingimustes (kuni 10–8 Pa) töötavaid väliemissioonipüstoleid, pakkudes piisavat voolu väikese läbimõõduga sondis (0,2–0,3 nm). Sondi läbimõõtu vähendavad kaks magnetit. läätsed (joon. 7). Objekti all on detektorid - keskne ja ring. Esimene võtab vastu hajutamata elektronid ning pärast vastavate signaalide teisendamist ja võimendamist ilmub kineskoopekraanile ereda väljaga pilt. Rõngadetektor kogub hajutatud elektrone, luues tumeda välja kujutise. STEM-is on võimalik uurida paksemaid objekte kui TEM-is, kuna mitteelastselt hajutatud elektronide arvu suurenemine koos paksusega ei mõjuta eraldusvõimet (objekti järel puudub kujutise moodustamiseks elektronoptika). Energiaanalüsaatori abil eraldatakse objekti läbivad elektronid elastselt ja mitteelastselt hajuvateks kiirteks. Iga kiir tabab oma detektorit ja vastavaid kujutisi, mis sisaldavad täiendavaid pilte, jälgitakse CRT-s. teave objekti elementaarse koostise kohta. Kõrge eraldusvõime STEM-is saavutatakse aeglase skaneerimisega, kuna ainult 0,2–0,3 nm läbimõõduga sondis on vool väike. PREM-id on varustatud kõigi elektronmikroskoopias kasutatavate analüütiliste seadmetega. objektide ja eelkõige energiaspektromeetrite uurimine. elektronkaod, röntgenikiirgus spektromeetrid, keerulised süsteemid ülekantavate, tagasihajutatud ja sekundaarsete elektronide tuvastamiseks, erinevate elektronide rühmade esiletõstmiseks. nurgad, millel on erinevad nurgad energia jne Seadmed on varustatud arvutiga sissetuleva teabe kompleksseks töötlemiseks.

Riis. 7. Läbipaistva rastri skemaatiline diagrammuus elektronmikroskoop (STEM): 1-autoemisioonkatood; 2-vaheanood; 3- anood; 4- "illuminaatori" ava; 5-magnetlääts; 6-kaksastmeline läbipaindesüsteem elektronide skaneerimiseksnogo sond; 7-magnetlääts; 8 - ava objektiivi ava; 9 -objekt; 10 - läbipaindesüsteem; 11 - hajutatud elektronide ringdetektor; 12 - hajutamata elektronide detektor (eemaldatakse, kui magnetspektromeetri töö); 13 - magnetiline spektromeeter; Valimiseks 14-paindesüsteem erinevate energiakadudega elektronid; 15 - pesa spektromeeter; 16 detektoriga spektromeeter; VE-keskharidusny elektronid; hv- röntgenikiirgus.

Emissioon E. m. luua objektist kujutis elektronidega, mida objekt ise kiirgab kuumutamisel, pommitades primaarse elektronkiirega, elektrimagnetite mõjul. kiirguse ja tugeva elektrivoolu rakendamisel. väli, mis eemaldab objektilt elektronid. Nendel seadmetel on tavaliselt kitsas eesmärk (vt. Elektrooniline projektor).

Peegel E. m. teenida ch. arr. elektrostaatilise elektri visualiseerimiseks "potentsiaalsed reljeefid" ja magnetilised mikroväljad objekti pinnal. Põhiline elektron-optiline seadme element on elektrooniline peegel, ja üks elektroodidest on objekt ise, mis on väikese negatiivse rõhu all. potentsiaal relva katoodi suhtes. Elektronkiir suunatakse elektronpeeglisse ja peegeldub objekti pinna vahetus läheduses asuvast väljast. Peegel moodustab ekraanil kujutise “peegeldunud kiirtes”: objekti pinna lähedal asuvad mikroväljad jaotavad ümber peegeldunud kiirte elektronid, luues pildis kontrasti, mis neid mikrovälju visualiseerib.

Arenguväljavaated E. m. Aastaid tehtud elektrooniliste arvestite täiustamine saadava teabe mahu suurendamiseks jätkub ka tulevikus ning põhiülesandeks jääb mõõteriistade parameetrite parandamine ja eelkõige lahutusvõime suurendamine. Töö elektron-optiliste seadmete loomisel. väikeste aberratsioonidega süsteemid ei ole veel toonud kaasa emitterite eraldusvõime reaalset suurenemist.See kehtib mitteteljelise aberratsiooni korrigeerimise süsteemide, krüogeense optika ja korrigeerivate tühikutega läätsede kohta. aksiaalses piirkonnas jne. Nendes suundades on käimas otsingud ja uuringud. Uurimistööd elektrooniliste holograafiliste kujutiste loomiseks jätkuvad. süsteemid, sealhulgas need, mis korrigeerivad läätsede sagedus-kontrastsuse omadusi. Elektrostaatilise miniaturiseerimine objektiivid ja süsteemid, mis kasutavad mikro- ja nanotehnoloogia edusamme, aitavad lahendada ka väikese aberratsiooniga elektroonilise optika loomise probleemi.

Lit.: Praktiline skaneeriv elektronmikroskoopia, toim. D. Gouldstein, X. Yakovits, tlk. inglise keelest, M., 1978; Spence D., Eksperimentaalne kõrge eraldusvõimega elektronmikroskoopia, trans. inglise keelest, M., 1986; Stojanov P. A., Elektronmikroskoop SVEM-1, "NSVL Teaduste Akadeemia Izvestija, ser. füüsika.", 1988, v. 52, nr 7, lk. 1429; Hawks P., Kasper E., Elektronoptika alused, tlk. inglise keelest, t. 1-2, M., 1993; Oechsner H., Skaneeriv tigumikroskoopia, Le Vide, les Couches Minces, 1994, t. 50, nr 271, lk. 141; McMullan D., Skaneeriv elektronmikroskoopia 1928-1965, "Skaneerimine", 1995, t. 17, nr 3, lk. 175. P. A. Stojanov.

ELEKTRONMIKROSKOOP- kõrgepinge-vaakumseade, milles elektronide voolu abil saadakse objektist suurendatud kujutis. Mõeldud objektide uurimiseks ja pildistamiseks suure suurendusega. Elektronmikroskoobid on kõrge eraldusvõimega. Elektronmikroskoope kasutatakse laialdaselt teaduses, tehnoloogias, bioloogias ja meditsiinis.

Tööpõhimõttest lähtuvalt eristatakse edastus- (edastus-), skaneerimis-, (raster-) ja kombineeritud elektronmikroskoopi. Viimane võib töötada edastuses, skaneerimises või kahes režiimis samaaegselt.

Kodumaine tööstus alustas tratootmist 20. sajandi 40. aastate lõpus Vajaduse elektronmikroskoobi loomiseks tingis valgusmikroskoopide madal lahutusvõime. Eraldusvõime suurendamiseks oli vaja lühema lainepikkusega kiirgusallikat. Probleemi lahendus sai võimalikuks ainult elektronkiire valgustusseadmena kasutamisega. 50 000 V potentsiaalivahega elektriväljas kiirendatud elektronide voo lainepikkus on 0,005 nm. Praegu on ülekandeelektronmikroskoobiga saavutatud kuldkilede eraldusvõime 0,01 nm.

Transmissioonelektronmikroskoobi skeem: 1 - elektronpüstol; 2 - kondensaatorläätsed; 3 - objektiiv; 4 - projektsiooniläätsed; 5 - vaateakendega toru, mille kaudu saate pilti jälgida; 6 - kõrgepingekaabel; 7 - vaakumsüsteem; 8 - juhtpaneel; 9 - seista; 10 - kõrgepinge toiteallikas; 11 - elektromagnetiliste läätsede toiteallikas.

Transmissioonelektronmikroskoobi skemaatiline diagramm ei erine palju valgusmikroskoobi diagrammist (vt.). Mõlema mikroskoobi kiire tee ja põhilised disainielemendid on sarnased. Vaatamata paljudele toodetavatele elektronmikroskoopidele on need kõik ehitatud sama skeemi järgi. Transmissioonelektronmikroskoobi peamiseks disainielemendiks on mikroskoobi kolonn, mis koosneb elektroniallikast (elektronpüstol), elektromagnetläätsede komplektist, esemehoidikuga lavast, fluorestsentsekraanist ja fotosalvestusseadmest (vt skeemi). Kõik mikroskoobi kolonni konstruktsioonielemendid on kokku pandud hermeetiliselt. Kolonnis asuv vaakumpumpade süsteem loob sügava vaakumi elektronide takistamatuks läbipääsuks ja kaitseb proovi hävimise eest.

Elektronide voog genereeritakse mikroskoobipüstolis, mis on ehitatud kolmeelektroodilise lambi (katood, anood, juhtelektrood) põhimõttel. Soojusemissiooni tulemusena eralduvad kuumutatud V-kujulisest volframkatoodist elektronid, mis kiirendatakse kõrgete energiateni elektriväljas, mille potentsiaalide erinevus on mitukümmend kuni mitusada kilovolti. Läbi anoodis oleva augu tormab elektronide voog elektromagnetläätsede luumenisse.

Koos volframi termokatoodidega kasutavad elektronmikroskoobid varras- ja väljaemissioonikatoode, mis tagavad oluliselt suurema elektronkiire tiheduse. Kuid nende tööks on vaja vähemalt 10^-7 mmHg vaakumit. Art., mis tekitab täiendavaid disaini- ja tööraskusi.

Veel üks mikroskoobi kolonni disaini põhielement on elektromagnetlääts, mis kujutab endast suure hulga õhukese vasktraadi keerdudega mähist, mis on asetatud pehmesse raudkestasse. Kui elektrivool läbib läätse mähist, tekib selles elektromagnetväli, mille jõujooned koonduvad kesta sisemisse rõngasrebenemisse. Magnetvälja tugevdamiseks asetatakse katkestusalasse poolusetükk, mis võimaldab saada võimsa sümmeetrilise välja minimaalse vooluga läätse mähises. Elektromagnetläätsede puuduseks on erinevad aberratsioonid, mis mõjutavad mikroskoobi eraldusvõimet. Kõige olulisem on astigmatism, mis on põhjustatud läätse magnetvälja asümmeetriast. Selle kõrvaldamiseks kasutatakse mehaanilisi ja elektrilisi stigmaatoreid.

Kahe kondensaatoriga läätsede, nagu ka valgusmikroskoobi kondensaatori, ülesanne on muuta objekti valgustust, muutes elektronvoo tihedust. Kondensaatori läätse diafragma läbimõõduga 40-80 mikronit valib elektronmassi keskse, homogeenseima osa. Objektiiv on võimsa magnetväljaga lühima fookuskaugusega objektiiv. Selle ülesanne on fokuseerida ja esialgu suurendada objekti läbivate elektronide liikumisnurka. Mikroskoobi lahutusvõime sõltub suuresti töötluse kvaliteedist ja objektiiviläätse pooluse materjali ühtsusest. Vahe- ja projektsiooniläätsedes suureneb elektronide liikumise nurk veelgi.

Objekti lava ja esemehoidja valmistamise kvaliteedile seatakse erinõuded, kuna need ei pea mitte ainult proovi suure suurendusega etteantud suundades liigutama ja kallutama, vaid vajadusel ka venitama, kuumutama või jahutama.

Üsna keerukas elektrooniline-mehaaniline seade on mikroskoobi fotosalvestuse osa, mis võimaldab automaatset säritust, fotomaterjali asendamist ja sellele vajalike mikroskoopiarežiimide salvestamist.

Erinevalt valgusmikroskoobist on ülekandeelektronmikroskoobis uuritav objekt paigaldatud mittemagnetilisest materjalist (vask, pallaadium, plaatina, kuld) õhukestele võredele. Võretele kinnitatakse mitmekümne nanomeetri paksune kolloodiumist, formvarist või süsinikust valmistatud substraatkile, seejärel kantakse materjal, mida uuritakse mikroskoopiliselt. Langevate elektronide interaktsioon prooviaatomitega põhjustab nende liikumissuuna muutumise, läbipainde väikese nurga all, peegeldumise või täieliku neeldumise. Kujutise moodustamisel luminestsentsekraanil või fotomaterjalil osalevad ainult need elektronid, mis prooviaine poolt väikeste nurkade all kõrvale kaldusid ja suutsid läbida objektiivi ava diafragma. Pildi kontrastsus sõltub raskete aatomite olemasolust proovis, mis mõjutavad tugevalt elektronide liikumise suunda. Peamiselt valguselementidest konstrueeritud bioloogiliste objektide kontrastsuse suurendamiseks kasutatakse erinevaid kontrastimeetodeid (vt elektronmikroskoopia).

Transmissioon-elektronmikroskoop võimaldab saada proovist tumeda välja kujutist, kui seda valgustatakse kaldu elektronkiirega. Sel juhul läbivad proovi poolt hajutatud elektronid ava diafragma. Tumevälja mikroskoopia suurendab pildi kontrastsust, lahendades samal ajal proovi üksikasjad kõrge eraldusvõimega. Transmissioonelektronmikroskoop pakub ka mikrodifraktsioonirežiimi minimaalsete kristallide jaoks. Üleminek eredalt väljalt tumeda välja režiimile ja mikrodifraktsioonile ei nõua olulisi muudatusi mikroskoobi disainis.

Skaneerivas elektronmikroskoobis tekitatakse elektronide voog kõrgepingepüstoli abil. Kahe kondensaatoriga läätsede abil saadakse õhuke elektronkiir (elektronsond). Paindepoolide abil paigutatakse elektronsond proovi pinnale, põhjustades kiirgust. Skaneerivas elektronmikroskoobis olev skaneerimissüsteem sarnaneb telepilti tootva süsteemiga. Elektronkiire interaktsioon prooviga toob kaasa hajutatud elektronide ilmumise, mis on proovi aatomitega suhtlemisel osa oma energiast kaotanud. Skaneerivas elektronmikroskoobis kolmemõõtmelise kujutise konstrueerimiseks kogutakse elektronid spetsiaalse detektoriga, võimendatakse ja suunatakse skaneerivasse generaatorisse. Peegeldunud ja sekundaarsete elektronide arv igas üksikus punktis sõltub proovi reljeefist ja keemilisest koostisest, vastavalt muutub kineskoobi objekti kujutise heledus ja kontrastsus. Skaneeriva elektronmikroskoobi lahutusvõime ulatub 3 nm-ni, suurendus - 300 000. Skaneeriva elektronmikroskoobi kolonnis tekkiv sügav vaakum nõuab bioloogiliste proovide kohustuslikku dehüdratsiooni orgaaniliste lahustite abil või nende lüofiliseerimist külmunud olekust.

Kombineeritud elektronmikroskoobi saab luua ülekande- või skaneeriva elektronmikroskoobi baasil. Kombineeritud elektronmikroskoobi abil saate üheaegselt uurida proovi edastus- ja skaneerimisrežiimis. Kombineeritud elektronmikroskoobis, nagu ka skaneerivas mikroskoobis, on võimalus objekti aine keemilise koostise röntgendifraktsiooni- ja energiadispersioonianalüüsiks, samuti piltide optilis-struktuurseks masinanalüüsiks.

Igat tüüpi elektronmikroskoopide kasutamise efektiivsuse tõstmiseks on loodud süsteemid, mis võimaldavad elektronmikroskoopilise kujutise digitaalseks teisendada koos selle info hilisema töötlemisega arvutis Optilis-struktuurne masinanalüüs võimaldab teostada pildi statistilist analüüsi otse mikroskoopi, jättes kõrvale traditsioonilise "negatiivprintimise" meetodi.

Bibliograafia: Stoyanova I. G. ja Anaskin I. F. Trmeetodite füüsilised alused, M., 1972; Suvorov A. L. Mikroskoopia teaduses ja tehnoloogias, M., 1981; Finean J. Bioloogilised ultrastruktuurid, trans. inglise keelest, M., 1970; Schimmel G. Elektronmikroskoopia tehnika, trans. temaga.. M., 1972. Vt ka bibliogr. kuni Art. Elektronmikroskoopia.

Elektronmikroskoobid ilmus 1930. aastatel ja tuli laialdaselt kasutusele 1950. aastatel.

Pildil moodne jõuülekanne (läbipaistev) elektronmikroskoop, ja joonisel on näidatud elektronkiire teekond selles mikroskoobis. Tläbivad elektronid proovi enne pildi tekkimist. Selline elektronmikroskoop oli esimene, mis konstrueeriti.

Elektronmikroskoop valgusmikroskoobiga võrreldes tagurpidi pööratud. Proovile rakendatakse kiirgust ülalt ja allapoole tekib kujutis. Elektronmikroskoobi tööpõhimõte on sisuliselt sama, mis valgusmikroskoobil. Elektronkiir suunatakse kondensaatoriläätsede abil proovile ja saadud kujutist suurendatakse seejärel teiste läätsede abil.

Tabelis on kokkuvõtlikult mõned sarnasused ja erinevused valguse ja elektronmikroskoobid. Elektronmikroskoobi kolonni ülaosas on elektronide allikas – volframniit, mis sarnaneb tavalises lambipirnis leiduvale. Sellele rakendatakse kõrgepinge (nt 50 000 V) ja hõõgniit kiirgab elektronide voogu. Elektromagnetid fokusseerivad elektronkiire.

Kolonni sees tekib sügav vaakum. See on vajalik hajumise minimeerimiseks elektronid nende kokkupõrke tõttu õhuosakestega. Elektronmikroskoobiga uurimiseks saab kasutada ainult väga õhukesi lõike või osakesi, kuna suuremad objektid neelavad elektronkiire peaaegu täielikult. Objekti osad, mis on suhteliselt tihedamad, neelavad elektrone ja paistavad seetõttu saadud kujutisel tumedamad. Kontrastsuse suurendamiseks kasutatakse proovi värvimiseks raskmetalle, nagu pliid ja uraan.

Elektronid inimsilmale nähtamatud, seega on need suunatud fluorestseeruvale, mis taasesitab nähtava (mustvalge) pildi. Pildistamiseks eemaldatakse ekraan ja elektronid suunatakse otse filmile. Elektronmikroskoobiga tehtud fotot nimetatakse elektronmikrofotograafiaks.

Elektronmikroskoobi eelised:
1) kõrge eraldusvõime (praktikas 0,5 nm)

Elektronmikroskoobi puudused:
1) uurimistööks ettevalmistatud materjal peab olema surnud, kuna vaatlusprotsessi ajal on see vaakumis;
2) on raske olla kindel, et objekt taastoodab elusat rakku kõigis selle detailides, kuna uuritava materjali fikseerimine ja värvimine võib muuta või kahjustada selle struktuuri;
3) elektronmikroskoop ise ja selle hooldus on kallis;
4) materjali ettevalmistamine mikroskoobiga töötamiseks on aeganõudev ja nõuab kõrgelt kvalifitseeritud personali;
5) uuritavad proovid hävivad järk-järgult elektronkiire toimel. Seega, kui on vaja proovi üksikasjalikku uurimist, on vaja seda pildistada.