กล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอน ใครเป็นผู้คิดค้นกล้องจุลทรรศน์และเมื่อใด

เพื่อศึกษาวัตถุนาโน ความละเอียดของกล้องจุลทรรศน์แบบใช้แสง ( แม้กระทั่งการใช้รังสีอัลตราไวโอเลต) เห็นได้ชัดว่าไม่เพียงพอ ในเรื่องนี้ในช่วงทศวรรษที่ 1930 แนวคิดนี้เกิดขึ้นเพื่อใช้อิเล็กตรอนแทนแสง ความยาวคลื่นที่เราทราบจากฟิสิกส์ควอนตัมนั้นสั้นกว่าโฟตอนหลายร้อยเท่า

ดังที่คุณทราบ การมองเห็นของเรานั้นขึ้นอยู่กับการก่อตัวของภาพของวัตถุบนเรตินาของดวงตาด้วยคลื่นแสงที่สะท้อนจากวัตถุนี้ หากแสงผ่านระบบการมองเห็นก่อนเข้าตา กล้องจุลทรรศน์เราจะเห็นภาพขยายใหญ่ขึ้น ในกรณีนี้ เส้นทางของรังสีแสงจะถูกควบคุมอย่างเชี่ยวชาญโดยเลนส์ที่ประกอบเป็นเลนส์และช่องมองภาพของอุปกรณ์

แต่เราจะรับภาพของวัตถุได้อย่างไรและมีความละเอียดสูงกว่ามากโดยใช้ไม่ใช่การแผ่รังสีของแสง แต่เป็นการไหลของอิเล็กตรอน กล่าวอีกนัยหนึ่ง เป็นไปได้อย่างไรที่จะเห็นวัตถุที่ใช้อนุภาคแทนที่จะเป็นคลื่น

คำตอบนั้นง่ายมาก เป็นที่ทราบกันว่าวิถีและความเร็วของอิเล็กตรอนได้รับอิทธิพลอย่างมากจากสนามแม่เหล็กไฟฟ้าภายนอก ซึ่งสามารถควบคุมการเคลื่อนที่ของอิเล็กตรอนได้อย่างมีประสิทธิภาพ

ศาสตร์แห่งการเคลื่อนที่ของอิเล็กตรอนในสนามแม่เหล็กไฟฟ้าและการคำนวณอุปกรณ์ที่สร้างสนามแม่เหล็กที่จำเป็นเรียกว่า เลนส์อิเล็กตรอน.

ภาพอิเล็กทรอนิกส์เกิดขึ้นจากไฟฟ้าและ สนามแม่เหล็กใกล้เคียงกับแสง - ด้วยเลนส์สายตา ดังนั้นในกล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอน อุปกรณ์สำหรับการโฟกัสและการกระเจิงของลำอิเล็กตรอนจึงเรียกว่า “ เลนส์อิเล็กทรอนิกส์”.

เลนส์อิเล็กทรอนิกส์ ขดลวดที่พากระแสไฟฟ้าจะโฟกัสไปที่ลำแสงอิเล็กตรอนในลักษณะเดียวกับที่เลนส์แก้วจะโฟกัสไปที่ลำแสง

สนามแม่เหล็กของคอยล์ทำหน้าที่เป็นเลนส์มาบรรจบหรือแยกเลนส์ เพื่อให้สนามแม่เหล็กมีสมาธิ ขดลวดจึงถูกปกคลุมไปด้วยแม่เหล็ก” เกราะ» ผลิตจากโลหะผสมนิกเกิล-โคบอลต์ชนิดพิเศษ เหลือเพียงช่องว่างแคบๆ ในส่วนด้านใน สนามแม่เหล็กที่สร้างขึ้นในลักษณะนี้อาจแรงกว่าสนามแม่เหล็กของโลกถึง 10-100,000 เท่า!

น่าเสียดายที่ดวงตาของเราไม่สามารถรับรู้ลำอิเล็กตรอนได้โดยตรง จึงใช้สำหรับ “ การวาดภาพ” ภาพบนหน้าจอฟลูออเรสเซนต์ (ซึ่งจะเรืองแสงเมื่อโดนอิเล็กตรอน) อย่างไรก็ตาม หลักการเดียวกันนี้รองรับการทำงานของจอภาพและออสซิลโลสโคป

มีอยู่ จำนวนมากหลากหลาย ประเภทของกล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนซึ่งความนิยมมากที่สุดคือกล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนแบบส่องกราด (SEM) เราจะได้แผนภาพที่เรียบง่ายหากเราวางวัตถุที่กำลังศึกษาไว้ข้างใน หลอดรังสีแคโทดทีวีธรรมดาระหว่างหน้าจอกับแหล่งกำเนิดอิเล็กตรอน

ในเรื่องนี้ กล้องจุลทรรศน์ลำแสงอิเล็กตรอนบางๆ (เส้นผ่านศูนย์กลางลำแสงประมาณ 10 นาโนเมตร) วิ่งไปรอบๆ (ราวกับกำลังสแกน) ตัวอย่างตามแนวเส้นแนวนอน ทีละจุด และส่งสัญญาณไปยังไคเนสสโคปพร้อมกัน กระบวนการทั้งหมดจะคล้ายกับการทำงานของทีวีในระหว่างขั้นตอนการสแกน แหล่งที่มาของอิเล็กตรอนคือโลหะ (โดยปกติจะเป็นทังสเตน) ซึ่งอิเล็กตรอนจะถูกปล่อยออกมาเมื่อถูกความร้อนอันเป็นผลมาจากการปล่อยความร้อน

แผนการทำงานของกล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนแบบส่องกราด

การปล่อยความร้อน– การปล่อยอิเล็กตรอนออกจากพื้นผิวตัวนำ จำนวนอิเล็กตรอนที่ปล่อยออกมามีน้อยที่ T=300K และเพิ่มขึ้นแบบทวีคูณเมื่ออุณหภูมิเพิ่มขึ้น

เมื่ออิเล็กตรอนผ่านตัวอย่าง บางส่วนจะกระจัดกระจายเนื่องจากการชนกับนิวเคลียสของอะตอมของตัวอย่าง บางส่วนจะกระจัดกระจายเนื่องจากการชนกับอิเล็กตรอนของอะตอม และยังมีอิเล็กตรอนอื่นๆ ที่ทะลุผ่านตัวอย่างนั้นไป ในบางกรณี อิเล็กตรอนทุติยภูมิจะถูกปล่อยออกมา รังสีเอกซ์จะถูกเหนี่ยวนำให้เกิด ฯลฯ กระบวนการทั้งหมดนี้ถูกบันทึกโดยวิธีพิเศษ เครื่องตรวจจับและในรูปแบบที่แปลงแล้วจะแสดงบนหน้าจอ ทำให้เกิดภาพขยายของวัตถุที่กำลังศึกษา

การขยายในกรณีนี้เข้าใจว่าเป็นอัตราส่วนของขนาดของภาพบนหน้าจอต่อขนาดของพื้นที่ที่ลำแสงบนตัวอย่างครอบคลุม เนื่องจากความยาวคลื่นของอิเล็กตรอนมีขนาดเล็กกว่าโฟตอน ใน SEM สมัยใหม่ กำลังขยายนี้จึงสูงถึง 10 ล้าน15 ซึ่งสอดคล้องกับความละเอียดไม่กี่นาโนเมตร ซึ่งทำให้สามารถเห็นภาพอะตอมแต่ละอะตอมได้

ข้อเสียเปรียบหลัก กล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอน– ความจำเป็นในการทำงานในสุญญากาศโดยสมบูรณ์ เนื่องจากการมีอยู่ของก๊าซภายในห้องกล้องจุลทรรศน์สามารถนำไปสู่การแตกตัวเป็นไอออนของอะตอมและทำให้ผลลัพธ์บิดเบือนไปอย่างมาก นอกจากนี้อิเล็กตรอนยังมีฤทธิ์ทำลายล้างอีกด้วย วัตถุทางชีวภาพซึ่งทำให้ไม่สามารถนำไปใช้สำหรับการวิจัยในด้านเทคโนโลยีชีวภาพหลายด้านได้

ประวัติความเป็นมาของการทรงสร้าง กล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนเป็นตัวอย่างที่น่าทึ่งของความสำเร็จบนพื้นฐานของแนวทางสหวิทยาการ เมื่อสาขาวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยีที่พัฒนาอย่างอิสระมารวมตัวกันเพื่อสร้างเครื่องมืออันทรงพลังใหม่สำหรับการวิจัยทางวิทยาศาสตร์

ด้านบน ฟิสิกส์คลาสสิกมีทฤษฎีสนามแม่เหล็กไฟฟ้าที่อธิบายการแพร่กระจายของแสง ไฟฟ้า และแม่เหล็กเป็นการแพร่กระจาย คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า- เลนส์คลื่นอธิบายปรากฏการณ์การเลี้ยวเบน กลไกการสร้างภาพ และการเล่นของปัจจัยที่กำหนดความละเอียดในกล้องจุลทรรศน์แบบใช้แสง ความสำเร็จ ฟิสิกส์ควอนตัมเราเป็นหนี้การค้นพบอิเล็กตรอนที่มีคุณสมบัติจำเพาะของคลื่นอนุภาค เส้นทางการพัฒนาที่แยกจากกันและดูเหมือนเป็นอิสระเหล่านี้นำไปสู่การสร้างเลนส์อิเล็กตรอน หนึ่งในนั้น สิ่งประดิษฐ์ที่สำคัญที่สุดซึ่งต่อมาได้กลายเป็นกล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนในช่วงทศวรรษปี ค.ศ. 1930

แต่นักวิทยาศาสตร์ก็ไม่ได้พักเรื่องนี้เช่นกัน ความยาวคลื่นของอิเล็กตรอนที่ถูกเร่งโดยสนามไฟฟ้าคือหลายนาโนเมตร นี่ก็ไม่เลวเลยถ้าเราต้องการเห็นโมเลกุลหรือแม้แต่โครงตาข่ายของอะตอม แต่จะมองภายในอะตอมได้อย่างไร? มันมีลักษณะอย่างไร พันธะเคมี- มีกระบวนการอย่างไร ปฏิกิริยาเคมี- สำหรับวันนี้ใน ประเทศต่างๆนักวิทยาศาสตร์กำลังพัฒนากล้องจุลทรรศน์นิวตรอน

นิวตรอนมักเป็นส่วนหนึ่งของนิวเคลียสของอะตอมร่วมกับโปรตอน และมีมวลมากกว่าอิเล็กตรอนเกือบ 2,000 เท่า ผู้ที่ไม่ลืมสูตรของเดอ บรอกลีจากบทควอนตัมจะรู้ได้ทันทีว่าความยาวคลื่นของนิวตรอนนั้นสั้นกว่าในจำนวนเท่าๆ กัน กล่าวคือ มันคือพิโกเมตร หนึ่งในพันของนาโนเมตร! จากนั้นอะตอมจะปรากฏต่อนักวิจัยไม่ใช่เป็นจุดพร่ามัว แต่อยู่ในรัศมีภาพทั้งหมด

นิวตรอน กล้องจุลทรรศน์มีข้อดีหลายประการ โดยเฉพาะอย่างยิ่งนิวตรอนสะท้อนอะตอมของไฮโดรเจนได้ดีและทะลุผ่านตัวอย่างชั้นหนาได้อย่างง่ายดาย อย่างไรก็ตาม มันยากมากที่จะสร้างมันขึ้นมา: นิวตรอนไม่มีประจุไฟฟ้า ดังนั้นพวกมันจึงไม่สนใจแม่เหล็กและ สนามไฟฟ้าและพวกเขาพยายามหลบหนีเซ็นเซอร์ นอกจากนี้มันไม่ง่ายเลยที่จะขับนิวตรอนขนาดใหญ่และเงอะงะออกจากอะตอม ดังนั้น ในปัจจุบัน ต้นแบบแรกของกล้องจุลทรรศน์นิวตรอนจึงยังห่างไกลจากความสมบูรณ์แบบมากนัก

เครื่องใช้ไฟฟ้าโอกล้องจุลทรรศน์นาลโอn(อังกฤษ - กล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอน) – นี่คืออุปกรณ์สำหรับสังเกตและถ่ายภาพวัตถุที่ขยายขนาดทวีคูณ (สูงสุด 1·10 6 เท่า) ซึ่งแทนที่จะใช้รังสีแสง ลำแสงอิเล็กตรอนจะถูกเร่งให้เป็นพลังงานสูง (30 - 100 keV หรือมากกว่า) ใน สภาวะสุญญากาศลึก

กล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนแบบส่องผ่าน (TEM) มีกำลังการแยกภาพสูงที่สุด ซึ่งเหนือกว่ากล้องจุลทรรศน์แบบใช้แสงในพารามิเตอร์นี้หลายพันเท่า ขีดจำกัดความละเอียดที่เรียกว่า ซึ่งเป็นลักษณะเฉพาะความสามารถของอุปกรณ์ในการแยกภาพรายละเอียดเล็กๆ ที่อยู่ในตำแหน่งสูงสุดของวัตถุ สำหรับ TEM คือ 2 - 3 A° ภายใต้สภาวะที่เอื้ออำนวย สามารถถ่ายภาพอะตอมหนักแต่ละอะตอมได้ เมื่อถ่ายภาพโครงสร้างที่มีคาบ เช่น ระนาบอะตอมของโครงผลึก เป็นไปได้ที่จะได้ความละเอียดที่น้อยกว่า 1 A°

ในการกำหนดโครงสร้างของของแข็ง จำเป็นต้องใช้รังสีที่มีความยาวคลื่น lam สั้นกว่าระยะห่างระหว่างอะตอม ในกล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอน จะใช้คลื่นอิเล็กตรอนเพื่อจุดประสงค์นี้

ความยาวคลื่นเดอ บรอกลี λ B คืออิเล็กตรอนที่เคลื่อนที่ด้วยความเร็ว วี

ที่ไหน พี- แรงกระตุ้นของเขา ชม.- ค่าคงตัวของพลังค์ ม 0 - มวลนิ่งของอิเล็กตรอน วี- ความเร็วของมัน

หลังจากการแปลงอย่างง่าย เราพบว่าความยาวคลื่น de Broglie ของอิเล็กตรอนที่เคลื่อนที่ในสนามไฟฟ้าที่มีความเร่งสม่ำเสมอซึ่งมีความต่างศักย์ไฟฟ้า คุณมีค่าเท่ากัน

. (1)

ในสำนวนสำหรับ λ B ไม่ได้คำนึงถึงการแก้ไขเชิงสัมพัทธภาพ ซึ่งมีนัยสำคัญเฉพาะที่ความเร็วอิเล็กตรอนสูงเท่านั้น วี>1·10 5 โวลต์

ค่าของ แล B มีค่าน้อยมาก ซึ่งทำให้กล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนมีความละเอียดสูง

สำหรับอิเล็กตรอนที่มีพลังงานตั้งแต่ 1 อีวีสูงถึง 10,000 eV ความยาวคลื่น de Broglie อยู่ในช่วงตั้งแต่ ~1 nm ถึง 10 −2 nm นั่นคือในช่วงความยาวคลื่น การฉายรังสีเอกซ์- นั่นเป็นเหตุผล คุณสมบัติของคลื่นอิเล็กตรอนควรปรากฏขึ้นเมื่อกระจัดกระจายอยู่บนผลึกเดียวกันกับที่ การเลี้ยวเบนรังสีเอกซ์ [

กล้องจุลทรรศน์สมัยใหม่มีความละเอียด (0.1 – 1) นาโนเมตรที่พลังงานอิเล็กตรอน (1·10 4 – 1·10 5) eV ซึ่งทำให้สามารถสังเกตกลุ่มของอะตอมและแม้แต่แต่ละอะตอม ข้อบกพร่องเฉพาะจุด การบรรเทาพื้นผิว ฯลฯ

กล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนแบบส่องผ่าน

ระบบออปติคัลอิเล็กตรอนของกล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนแบบส่องผ่าน (TEM) ประกอบด้วย: ปืนอิเล็กตรอน I และคอนเดนเซอร์ 1 ออกแบบมาเพื่อจัดให้มีระบบส่องสว่างของกล้องจุลทรรศน์ วัตถุประสงค์ 2, เลนส์กลาง 3 และเลนส์ฉายภาพ 4 ที่ทำหน้าที่แสดงผล; กล้องเฝ้าระวังและถ่ายภาพ E (รูปที่ 1)

รูปที่ 1.

แหล่งที่มาของอิเล็กตรอนในปืนอิเล็กตรอนคือแคโทดเทอร์โมนิกทังสเตน เลนส์คอนเดนเซอร์ทำให้สามารถหาจุดที่มีเส้นผ่านศูนย์กลางหลายไมครอนบนวัตถุได้ เมื่อใช้ระบบการถ่ายภาพ ภาพด้วยกล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนของวัตถุจะถูกสร้างขึ้นบนหน้าจอ TEM

ในระนาบที่เชื่อมต่อกับวัตถุ เลนส์ใกล้วัตถุจะสร้างภาพตรงกลางภาพแรกของวัตถุ อิเล็กตรอนทั้งหมดที่ปล่อยออกมาจากจุดหนึ่งบนวัตถุจะจบลงที่จุดหนึ่งบนระนาบคอนจูเกต จากนั้น เมื่อใช้เลนส์ตัวกลางและเลนส์ฉายภาพ จะได้ภาพบนหน้าจอกล้องจุลทรรศน์ฟลูออเรสเซนต์หรือแผ่นถ่ายภาพ ภาพนี้สื่อถึงลักษณะทางโครงสร้างและสัณฐานวิทยาของชิ้นงานทดสอบ

TEM ใช้เลนส์แม่เหล็ก เลนส์ประกอบด้วยขดลวด แอก และชิ้นส่วนขั้ว ซึ่งรวมศูนย์สนามแม่เหล็กไว้ในปริมาตรเล็กน้อย และเพิ่มกำลังแสงของเลนส์

TEM มีกำลังการแยกรายละเอียด (PC) สูงสุด ซึ่งเหนือกว่ากล้องจุลทรรศน์แบบใช้แสงในพารามิเตอร์นี้หลายพันเท่า ขีดจำกัดความละเอียดที่เรียกว่า ซึ่งเป็นลักษณะเฉพาะความสามารถของอุปกรณ์ในการแยกภาพรายละเอียดเล็กๆ ที่อยู่ในตำแหน่งสูงสุดของวัตถุ สำหรับ TEM คือ 2 – 3 A° ภายใต้สภาวะที่เอื้ออำนวย เป็นไปได้ที่จะถ่ายภาพอะตอมหนักแต่ละอะตอมได้ เมื่อถ่ายภาพโครงสร้างที่เป็นคาบ เช่น ระนาบอะตอมของโครงผลึก อาจมีความละเอียดน้อยกว่า 1 A° ความละเอียดสูงดังกล่าวเกิดขึ้นได้เนื่องจากความยาวคลื่นของอิเล็กตรอน de Broglie ที่สั้นมาก รูรับแสงที่เหมาะสมทำให้สามารถลดความคลาดเคลื่อนทรงกลมของเลนส์ได้ ซึ่งส่งผลต่อ PC TEM โดยมีข้อผิดพลาดในการเลี้ยวเบนเล็กน้อยเพียงพอ ไม่พบวิธีการที่มีประสิทธิภาพในการแก้ไขความคลาดเคลื่อน ดังนั้นใน TEM เลนส์อิเล็กตรอนแบบแม่เหล็ก (EL) ซึ่งมีความคลาดเคลื่อนน้อยกว่า จึงได้เข้ามาแทนที่ EL แบบไฟฟ้าสถิตโดยสิ้นเชิง PEM ผลิตขึ้นเพื่อวัตถุประสงค์ต่างๆ พวกเขาสามารถแบ่งออกเป็น 3 กลุ่ม:

PEM แบบง่าย

TEM ความละเอียดสูง

TEM พร้อมแรงดันไฟฟ้าเร่งที่เพิ่มขึ้น

1. FEM แบบง่ายออกแบบมาสำหรับการศึกษาที่ไม่ต้องใช้พีซีสูง การออกแบบที่เรียบง่ายกว่า (รวมคอนเดนเซอร์ 1 ตัวและเลนส์ 2 - 3 ตัวเพื่อขยายภาพของวัตถุ) มีความโดดเด่นด้วยแรงดันไฟฟ้าเร่งที่ต่ำกว่า (ปกติ 60 - 80 kV) และความเสถียรที่ต่ำกว่า พีซีของอุปกรณ์เหล่านี้คือตั้งแต่ 6 ถึง 15 แอปพลิเคชันอื่นๆ คือการดูตัวอย่างวัตถุ การวิจัยตามปกติ วัตถุประสงค์ทางการศึกษา ความหนาของวัตถุที่สามารถ "ส่องสว่าง" ด้วยลำแสงอิเล็กตรอนได้นั้นขึ้นอยู่กับแรงดันไฟฟ้าที่มีการเร่ง วัตถุที่มีความหนาตั้งแต่ 10 ถึงหลายพัน A° ได้รับการศึกษาใน TEM ที่มีแรงดันไฟฟ้าเร่งที่ 100 kV

2. TEM ความละเอียดสูง(2 – 3 Å) – ตามกฎแล้ว อุปกรณ์อเนกประสงค์อเนกประสงค์ (รูปที่ 2, a) ด้วยการใช้อุปกรณ์เพิ่มเติมและสิ่งที่แนบมา คุณสามารถเอียงวัตถุในระนาบที่แตกต่างกันในมุมกว้างไปยังแกนแสง ความร้อน เย็น ทำให้เสียรูป ดำเนินการวิเคราะห์โครงสร้างเอ็กซ์เรย์ การศึกษาการเลี้ยวเบนของอิเล็กตรอน ฯลฯ แรงดันไฟฟ้าเร่งของอิเล็กตรอนสูงถึง 100 - 125 kV ปรับได้เป็นขั้นตอนและมีความเสถียรสูง: ภายใน 1–3 นาที ค่าจะเปลี่ยนไม่เกิน 1–2 ppm จากค่าเริ่มต้น สุญญากาศลึกถูกสร้างขึ้นในระบบออปติคอล (คอลัมน์) (ความดันสูงถึง 1·10 -6 มม. ปรอท) โครงการ ระบบออปติคัล TEM – ในรูปที่ 2, b. ลำอิเล็กตรอนซึ่งเป็นแหล่งกำเนิดของแคโทดเทอร์โมนิกก่อตัวขึ้นในปืนอิเล็กตรอนแล้วโฟกัสสองครั้งโดยคอนเดนเซอร์ตัวแรกและตัวที่สอง ทำให้เกิด "จุด" อิเล็กตรอนบนวัตถุ ซึ่งเส้นผ่านศูนย์กลางสามารถเปลี่ยนได้จาก 1 ถึง 20 ไมครอน หลังจากผ่านวัตถุนี้ อิเล็กตรอนบางส่วนจะกระจัดกระจายและหน่วงเวลาโดยไดอะแฟรมรูรับแสง อิเล็กตรอนที่ไม่กระจายจะผ่านรูรับแสงและถูกโฟกัสโดยเลนส์ในระนาบวัตถุของเลนส์ตัวกลาง นี่คือภาพที่ขยายใหญ่ภาพแรกเกิดขึ้น เลนส์ต่อมาจะสร้างภาพที่สอง สาม ฯลฯ เลนส์สุดท้ายจะสร้างภาพบนหน้าจอฟลูออเรสเซนต์ซึ่งจะเรืองแสงเมื่อสัมผัสกับอิเล็กตรอน

ข้าว. 2 ก. TEM: 1 – ปืนอิเล็กตรอน; 2 – เลนส์คอนเดนเซอร์; 3 – เลนส์; 4 – เลนส์ฉายภาพ; 5 – กล้องจุลทรรศน์แบบใช้แสงซึ่งขยายภาพที่สังเกตบนหน้าจอเพิ่มเติม: 6 – หลอดที่มีหน้าต่างดูซึ่งสามารถดูภาพได้;

7 – สายเคเบิลไฟฟ้าแรงสูง; 8 – ระบบสุญญากาศอัจฉริยะ 9 – แผงควบคุม; 10 – ยืน; 11 – แหล่งจ่ายไฟฟ้าแรงสูง; 12 – แหล่งจ่ายไฟของเลนส์ ข้าว. 2ข. รูปแบบแสงของ TEM 1 – แคโทดทำจากลวดทังสเตน (ได้รับความร้อนจากกระแสที่ไหลผ่านได้สูงถึง 2,800 K) 2 – กระบอกโฟกัส; 3 – ขั้วบวก; 4 – คอนเดนเซอร์ตัวแรก (โฟกัสสั้น) สร้างภาพขนาดย่อของแหล่งกำเนิดอิเล็กตรอน คอนเดนเซอร์ 5 วินาที (โฟกัสยาว) ซึ่งถ่ายโอนภาพที่ลดลงของแหล่งกำเนิดอิเล็กตรอนไปยังวัตถุ 6 – วัตถุ; 7 – ไดอะแฟรมรูรับแสง; 8 – เลนส์;

9, 10, 11 – ระบบเลนส์ฉายภาพ 12 – หน้าจอแคโทโดลูมิเนสเซนต์ซึ่งเป็นภาพสุดท้ายที่ถูกสร้างขึ้น กำลังขยาย TEM เท่ากับผลคูณของกำลังขยายของเลนส์ทั้งหมด ระดับและธรรมชาติของการกระเจิงของอิเล็กตรอนที่จุดต่างๆ ของวัตถุไม่เหมือนกัน เนื่องจากความหนา ความหนาแน่น และองค์ประกอบทางเคมี

วัตถุเปลี่ยนจากจุดหนึ่งไปยังอีกจุด ดังนั้น จำนวนอิเล็กตรอนที่ถูกกักขังโดยไดอะแฟรมรูรับแสงหลังจากผ่านจุดต่างๆ ของวัตถุจะเปลี่ยนไป และด้วยเหตุนี้ ความหนาแน่นกระแสในภาพจึงถูกแปลงเป็นคอนทราสต์ของแสงบนหน้าจอ ใต้จอมีนิตยสารพร้อมแผ่นถ่ายรูป เมื่อถ่ายภาพ หน้าจอจะถูกลบออก และอิเล็กตรอนจะทำหน้าที่บนชั้นอิมัลชัน ภาพจะถูกโฟกัสโดยการเปลี่ยนกระแสที่กระตุ้นสนามแม่เหล็กของเลนส์ กระแสของเลนส์อื่นๆ จะถูกปรับเพื่อเปลี่ยนการขยายของ TEM 3. TEM พร้อมแรงดันไฟฟ้าเร่งที่เพิ่มขึ้น (สูงถึง 200 kV) ได้รับการออกแบบมาเพื่อศึกษาวัตถุที่มีความหนา (หนากว่า 2 - 3 เท่า) มากกว่า TEM ทั่วไป ความละเอียดของพวกเขาถึง 3 – 5 Å อุปกรณ์เหล่านี้มีการออกแบบที่แตกต่างกันปืนอิเล็กตรอน

: เพื่อให้มั่นใจถึงความแข็งแรงและความเสถียรทางไฟฟ้า จึงมีแอโนดสองตัว โดยตัวหนึ่งมีศักย์กลางที่จ่ายเป็นครึ่งหนึ่งของแรงดันไฟฟ้าเร่ง แรงแม่เหล็กของเลนส์มีค่ามากกว่าใน TEM ที่มีแรงดันไฟฟ้าเร่ง 100 kV และตัวเลนส์เองก็มีขนาดและน้ำหนักเพิ่มขึ้น 4. กล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนแรงสูงพิเศษ

กำลังสร้างสถานที่พิเศษเพื่อพวกเขา SVEM ได้รับการออกแบบมาเพื่อศึกษาวัตถุที่มีความหนาตั้งแต่ 1 ถึง 10 ไมครอน อิเล็กตรอนจะถูกเร่งในเครื่องเร่งไฟฟ้าสถิต (เรียกว่าเครื่องเร่งโดยตรง) ซึ่งอยู่ในถังที่เต็มไปด้วยก๊าซฉนวนไฟฟ้าภายใต้ความดัน ในถังเดียวกันหรือถังเพิ่มเติมจะมีแหล่งพลังงานไฟฟ้าแรงสูงที่มีความเสถียร ในอนาคต - การสร้าง TEM ด้วยเครื่องเร่งเชิงเส้นซึ่งอิเล็กตรอนถูกเร่งให้มีพลังงาน 5 - 10 MeV เมื่อศึกษาวัตถุที่มีขนาดบาง PC SVEM จะต่ำกว่า TEM ในกรณีของวัตถุหนา PC SVEM นั้นเหนือกว่า PC TEM ถึง 10–20 เท่าด้วยแรงดันไฟฟ้าเร่งที่ 100 kV หากตัวอย่างไม่มีรูปร่าง ความคมชัดของภาพอิเล็กทรอนิกส์จะถูกกำหนดโดยความหนาและสัมประสิทธิ์การดูดกลืนแสงของวัสดุตัวอย่าง ซึ่งจะสังเกตได้ เช่น เมื่อศึกษาสัณฐานวิทยาของพื้นผิวโดยใช้แบบจำลองพลาสติกหรือคาร์บอน นอกจากนี้ในคริสตัลยังเกิดการเลี้ยวเบนของอิเล็กตรอนซึ่งทำให้สามารถกำหนดโครงสร้างของคริสตัลได้

ใน

รูปที่ 4. ตำแหน่งรูรับแสง D สำหรับสนามที่สว่าง (ก ) และสนามมืด (ข ) ภาพ: P - รังสีที่ส่ง;ดี

- ลำแสงเลี้ยวเบน; Arr - ตัวอย่าง; ฉัน - ปืนอิเล็กตรอน

FEM สามารถใช้โหมดการทำงานต่อไปนี้: ) ภาพ: P - รังสีที่ส่ง;ภาพถูกสร้างขึ้นโดยลำแสงส่ง P ซึ่งเป็นลำแสงเลี้ยวเบน ตำแหน่งรูรับแสง D สำหรับสนามที่สว่าง (ถูกตัดออกด้วยไดอะแฟรมรูรับแสง D (รูปที่ 4,

) นี่คือภาพที่มีความสว่าง ) ภาพ: P - รังสีที่ส่ง;ไดอะแฟรมรูรับแสง D ช่วยให้เกิดการเลี้ยวเบน ) และสนามมืด ();

ลำแสงตัด P ที่ส่งออกไปนี่คือภาพสนามมืด (รูปที่ 4,

เพื่อให้ได้รูปแบบการเลี้ยวเบน ระนาบโฟกัสด้านหลังของเลนส์ใกล้วัตถุจะโฟกัสไปที่หน้าจอกล้องจุลทรรศน์ (รูปที่ 4) จากนั้นจะสังเกตรูปแบบการเลี้ยวเบนจากพื้นที่ทรานส์ลูมิเนทของตัวอย่างบนหน้าจอ

ในการสังเกตภาพในระนาบโฟกัสด้านหลังของเลนส์ จะมีการติดตั้งไดอะแฟรมรูรับแสง ส่งผลให้รูรับแสงของรังสีที่สร้างภาพลดลงและเพิ่มความละเอียด ใช้รูรับแสงเดียวกันเพื่อเลือกโหมดการสังเกต (ดูรูปที่ 2 และ 5)

รูปที่ 5  เส้นทางลำแสงใน TEM ในโหมดไมโครดิฟแฟรกชัน D - ไดอะแฟรม; และ - แหล่งกำเนิดอิเล็กตรอน ตำแหน่งรูรับแสง D สำหรับสนามที่สว่าง ( Arr - ตัวอย่าง; E – หน้าจอ; 1 - คอนเดนเซอร์, 2 - วัตถุประสงค์, 3 - กลาง, 4 - เลนส์ฉายภาพ θ ความยาวคลื่น
- รูปแบบการเลี้ยวเบนจากคริสตัลคือเซตของจุดแต่ละจุด (การสะท้อน) ใน TEM ซึ่งแตกต่างจากเครื่องสแกนการเลี้ยวเบนของอิเล็กตรอน คุณสามารถรับรูปแบบการเลี้ยวเบนจากพื้นที่เล็กๆ ของวัตถุได้โดยใช้ไดอะแฟรมในระนาบที่อยู่ติดกับวัตถุ ขนาดของพื้นที่อาจจะประมาณ (1×1) µm 2 . คุณสามารถเปลี่ยนจากโหมดสังเกตภาพเป็นโหมดการเลี้ยวเบนได้โดยการเปลี่ยนกำลังแสงของเลนส์ตัวกลาง

ประวัติความเป็นมาของการสร้างกล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอน

ในปี พ.ศ. 2474 R. Rudenberg ได้รับสิทธิบัตรสำหรับกล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนแบบส่องผ่าน และในปี พ.ศ. 2475 M. Knoll และ E. Ruska ได้สร้างต้นแบบแรกของอุปกรณ์สมัยใหม่ งานนี้โดย E. Ruska ในปี 1986 ได้รับการกล่าวถึง รางวัลโนเบลในวิชาฟิสิกส์ ซึ่งได้รับรางวัลแก่เขาและผู้ประดิษฐ์กล้องจุลทรรศน์โพรบสแกนอย่าง Gerd Karl Binnig และ Heinrich Rohrer การใช้กล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนแบบส่องผ่านเพื่อการวิจัยทางวิทยาศาสตร์เริ่มขึ้นในปลายทศวรรษที่ 1930 โดยมีเครื่องมือเชิงพาณิชย์เครื่องแรกที่สร้างขึ้นโดยซีเมนส์

ในช่วงปลายทศวรรษที่ 1930 และต้นทศวรรษที่ 1940 กล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนแบบส่องกราดตัวแรกปรากฏขึ้น สร้างภาพของวัตถุโดยการเคลื่อนโพรบอิเล็กตรอนหน้าตัดขนาดเล็กตามลำดับผ่านวัตถุ การใช้อุปกรณ์เหล่านี้เป็นจำนวนมากใน การวิจัยทางวิทยาศาสตร์เริ่มต้นในทศวรรษ 1960 เมื่อพวกเขาประสบความสำเร็จในด้านความซับซ้อนทางเทคนิคที่สำคัญ

การก้าวกระโดดที่สำคัญ (ในยุค 70) ในการพัฒนาคือการใช้แคโทดชอตกีและแคโทดการปล่อยสนามเย็นแทนแคโทดแบบเทอร์โมนิก แต่การใช้งานต้องใช้สุญญากาศที่สูงกว่ามาก

ในช่วงปลายทศวรรษที่ 90 และต้นทศวรรษ 2000 การใช้คอมพิวเตอร์และการใช้เครื่องตรวจจับ CCD ได้เพิ่มความเสถียรและความสะดวกในการใช้งาน (เชิงสัมพันธ์) อย่างมาก

ในทศวรรษที่ผ่านมา กล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนแบบส่องผ่านขั้นสูงสมัยใหม่ได้ใช้ทรงกลมและ ความคลาดเคลื่อนของสี(ซึ่งทำให้เกิดการบิดเบือนหลักในภาพผลลัพธ์) อย่างไรก็ตามการใช้งานบางครั้งทำให้การใช้อุปกรณ์มีความซับซ้อนอย่างมาก

ประเภทของกล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอน

กล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนแบบส่องผ่าน

แม่แบบ:ส่วนว่าง

มุมมองเริ่มต้นของกล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอน กล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนแบบส่องผ่านใช้ลำแสงอิเล็กตรอนพลังงานสูงเพื่อสร้างภาพ ลำอิเล็กตรอนถูกสร้างขึ้นโดยแคโทด (ทังสเตน, LaB 6, ชอตกีหรือการปล่อยสนามเย็น) โดยปกติแล้วลำแสงอิเล็กตรอนที่ได้จะถูกเร่งไปที่ +200 keV (ใช้แรงดันไฟฟ้าต่างๆ ตั้งแต่ 20 keV ถึง 1 meV) ซึ่งเน้นโดยระบบเลนส์ไฟฟ้าสถิต ทะลุผ่านตัวอย่างเพื่อให้ส่วนหนึ่งของมันผ่านการกระเจิงบนตัวอย่าง และส่วนหนึ่ง ไม่ได้ ดังนั้นลำแสงอิเล็กตรอนที่ผ่านตัวอย่างจึงมีข้อมูลเกี่ยวกับโครงสร้างของตัวอย่าง จากนั้นลำแสงจะผ่านระบบเลนส์ขยายและสร้างภาพบนหน้าจอฟลูออเรสเซนต์ (มักทำจากซิงค์ซัลไฟด์) แผ่นถ่ายภาพ หรือกล้อง CCD

ความละเอียด TEM ถูกจำกัดโดยความคลาดเคลื่อนทรงกลมเป็นหลัก TEM สมัยใหม่บางรุ่นมีตัวแก้ไขความคลาดเคลื่อนทรงกลม

ข้อเสียเปรียบหลักของ TEM คือความต้องการตัวอย่างที่บางมาก (ประมาณ 100 นาโนเมตร) และความไม่เสถียร (การสลายตัว) ของตัวอย่างใต้ลำแสง

กล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนแบบส่องกราด (สแกน) (STEM)

บทความหลัก: กล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนแบบส่องกราดแบบส่องผ่าน

อย่างไรก็ตาม กล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนแบบส่องผ่าน (TEM) ประเภทหนึ่งมีอุปกรณ์ที่ทำงานเฉพาะในโหมด TEM เท่านั้น ลำแสงอิเล็กตรอนจะถูกส่งผ่านตัวอย่างที่ค่อนข้างบาง แต่ไม่เหมือนกับกล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนแบบส่องผ่านแบบทั่วไป ลำแสงอิเล็กตรอนจะถูกโฟกัสไปยังจุดที่เคลื่อนที่ผ่านตัวอย่างในรูปแบบแรสเตอร์

กล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนแบบแรสเตอร์ (สแกน)

ขึ้นอยู่กับหลักการของโทรทัศน์ในการสแกนลำแสงอิเล็กตรอนบางๆ เหนือพื้นผิวของตัวอย่าง

กล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนแรงต่ำ

การประยุกต์กล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอน

เซมิคอนดักเตอร์และการจัดเก็บข้อมูล การแก้ไขไดอะแกรม มาตรวิทยา 3 มิติ การวิเคราะห์ข้อบกพร่อง การวิเคราะห์ข้อผิดพลาด ชีววิทยาและวิทยาศาสตร์ชีวภาพ ไครโอไบโอวิทยา การแปลโปรตีน เอกซเรย์อิเล็กตรอน เอกซเรย์เซลล์ กล้องจุลทรรศน์ไครโออิเล็กตรอน พิษวิทยา การผลิตทางชีวภาพและการติดตามปริมาณไวรัส การวิเคราะห์อนุภาค การควบคุมคุณภาพยา ภาพสามมิติของผ้า ไวรัสวิทยา การเปลี่ยนสถานะคล้ายแก้ว

การวิจัยทางวิทยาศาสตร์ คุณสมบัติของวัสดุ การเตรียมวัสดุและตัวอย่าง การสร้างนาโนโปรโตไทป์ นาโนมาตรวิทยา การทดสอบและลักษณะเฉพาะของอุปกรณ์ การศึกษาโครงสร้างจุลภาคของโลหะ อุตสาหกรรม การสร้างภาพที่มีความละเอียดสูง การใช้ลักษณะเฉพาะของ 2D และ 3D ตัวอย่างมาโครสำหรับมาตรวิทยานาโนเมตริก การตรวจจับและการอ่านพารามิเตอร์ของอนุภาค การออกแบบลำแสงตรง การทดลองกับวัสดุแบบไดนามิก การเตรียมตัวอย่าง การตรวจทางนิติเวช การขุดและการวิเคราะห์แร่ธาตุ เคมี/ปิโตรเคมี

ผู้ผลิตกล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนรายใหญ่ของโลก

ดูเพิ่มเติม

หมายเหตุ

ลิงค์

• 15 ภาพกล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนที่ดีที่สุดประจำปี 2554 ภาพบนเว็บไซต์ที่แนะนำจะมีการสุ่มสี และมีคุณค่าทางศิลปะมากกว่าทางวิทยาศาสตร์ (กล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนจะให้ภาพขาวดำ ไม่ใช่ภาพสี)

มูลนิธิวิกิมีเดีย

2010.

สารบัญหัวข้อ "กล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอน เมมเบรน":กล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอน

ปรากฏในช่วงทศวรรษที่ 1930 และใช้อย่างแพร่หลายในช่วงทศวรรษ 1950 ภาพแสดงระบบเกียร์ที่ทันสมัย ​​(โปร่งใส)กล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอน

และภาพนี้แสดงเส้นทางของลำอิเล็กตรอนในกล้องจุลทรรศน์นี้ ในกล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนแบบส่องผ่าน อิเล็กตรอนจะผ่านตัวอย่างก่อนที่จะเกิดภาพ กล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนชนิดนี้เป็นชิ้นแรกที่ถูกสร้างขึ้น กล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอน กลับหัวกลับหางเมื่อเปรียบเทียบกับกล้องจุลทรรศน์แบบใช้แสง การแผ่รังสีถูกนำไปใช้กับตัวอย่างจากด้านบน และภาพจะถูกสร้างขึ้นที่ด้านล่าง หลักการทำงานของกล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนโดยพื้นฐานแล้วจะเหมือนกับกล้องจุลทรรศน์แบบใช้แสง

- ลำแสงอิเล็กตรอนถูกควบคุมโดยเลนส์คอนเดนเซอร์ไปยังตัวอย่าง จากนั้นภาพที่ได้จะถูกขยายโดยใช้เลนส์อื่น ตารางสรุปความเหมือนและความแตกต่างระหว่างแสงและกล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอน - ที่ด้านบนของคอลัมน์กล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนจะมีแหล่งกำเนิดของอิเล็กตรอน - เส้นใยทังสเตนซึ่งคล้ายกับที่พบในหลอดไฟธรรมดา มันถูกเสิร์ฟให้เธอไฟฟ้าแรงสูง

(เช่น 50,000 V) และเส้นใยจะปล่อยกระแสอิเล็กตรอนออกมา แม่เหล็กไฟฟ้าโฟกัสไปที่ลำอิเล็กตรอน สุญญากาศลึกจะถูกสร้างขึ้นภายในคอลัมน์ นี่เป็นสิ่งจำเป็นเพื่อลดการกระจายตัวให้เหลือน้อยที่สุดอิเล็กตรอน

เนื่องจากการชนกับอนุภาคอากาศ กล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนสามารถใช้เฉพาะส่วนหรืออนุภาคที่บางมากได้ เนื่องจากลำแสงอิเล็กตรอนถูกวัตถุขนาดใหญ่ดูดซับไว้เกือบทั้งหมด บางส่วนของวัตถุที่ค่อนข้างหนาแน่นจะดูดซับอิเล็กตรอน ดังนั้นจึงปรากฏสีเข้มขึ้นในภาพผลลัพธ์ โลหะหนัก เช่น ตะกั่วและยูเรเนียม ถูกนำมาใช้ในการย้อมตัวอย่างเพื่อเพิ่มความคมชัดมองไม่เห็นด้วยตามนุษย์ ดังนั้นพวกมันจึงถูกส่งไปยังหลอดฟลูออเรสเซนต์ซึ่งจะสร้างภาพที่มองเห็นได้ (ขาวดำ) ในการถ่ายภาพ หน้าจอจะถูกลบออก และส่งอิเล็กตรอนไปยังฟิล์มโดยตรง ภาพถ่ายที่ถ่ายด้วยกล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนเรียกว่าไมโครกราฟอิเล็กตรอน

ข้อดีของกล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอน:
1) ความละเอียดสูง(0.5 นาโนเมตรในทางปฏิบัติ)

ข้อเสียของกล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอน:
1) วัสดุที่เตรียมไว้สำหรับการวิจัยจะต้องตายเนื่องจากในระหว่างกระบวนการสังเกตวัสดุจะอยู่ในสุญญากาศ
2) เป็นการยากที่จะแน่ใจว่าวัตถุนั้นสร้างเซลล์ที่มีชีวิตขึ้นมาในทุกรายละเอียด เนื่องจากการตรึงและการย้อมสีของวัสดุภายใต้การศึกษาสามารถเปลี่ยนหรือทำลายโครงสร้างของมันได้
3) กล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนเองและการบำรุงรักษามีราคาแพง
4) การเตรียมวัสดุสำหรับการทำงานกับกล้องจุลทรรศน์นั้นใช้เวลานานและต้องใช้บุคลากรที่มีคุณสมบัติสูง
5) ตัวอย่างที่อยู่ระหว่างการศึกษาจะค่อยๆ ถูกทำลายภายใต้การกระทำของลำอิเล็กตรอน ดังนั้นหากจำเป็น การศึกษาโดยละเอียดตัวอย่างก็ต้องถ่ายรูป

กล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนทำงานอย่างไร? อะไรคือความแตกต่างจากกล้องจุลทรรศน์แบบใช้แสง มีความคล้ายคลึงกันระหว่างสิ่งเหล่านี้หรือไม่?

การทำงานของกล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนจะขึ้นอยู่กับคุณสมบัติของสนามไฟฟ้าและสนามแม่เหล็กที่ไม่เหมือนกันซึ่งมีสมมาตรในการหมุนเพื่อให้มีผลต่อการโฟกัสไปที่ลำอิเล็กตรอน ดังนั้นบทบาทของเลนส์ในกล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนจึงถูกเล่นโดยชุดสนามไฟฟ้าและสนามแม่เหล็กที่คำนวณได้อย่างเหมาะสม อุปกรณ์ที่เกี่ยวข้องที่สร้างฟิลด์เหล่านี้เรียกว่า "เลนส์อิเล็กทรอนิกส์"

ขึ้นอยู่กับประเภทของเลนส์อิเล็กทรอนิกส์ กล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนแบ่งออกเป็นแม่เหล็ก ไฟฟ้าสถิต และรวมกัน

วัตถุประเภทใดที่สามารถตรวจสอบได้ด้วยกล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอน?

เช่นเดียวกับในกรณีของกล้องจุลทรรศน์แบบใช้แสง ประการแรกวัตถุสามารถ "ส่องสว่างได้เอง" กล่าวคือ ทำหน้าที่เป็นแหล่งกำเนิดของอิเล็กตรอน ตัวอย่างเช่น แคโทดที่ให้ความร้อนหรือแคโทดโฟโตอิเล็กตรอนที่มีการส่องสว่าง ประการที่สอง สามารถใช้วัตถุที่ "โปร่งใส" ต่ออิเล็กตรอนที่มีความเร็วที่แน่นอนได้ กล่าวอีกนัยหนึ่ง เมื่อทำงานในการส่งผ่าน วัตถุจะต้องบางเพียงพอและอิเล็กตรอนเร็วพอที่จะผ่านวัตถุและเข้าสู่ระบบเลนส์อิเล็กตรอน นอกจากนี้ ด้วยการใช้ลำอิเล็กตรอนสะท้อน ทำให้สามารถศึกษาพื้นผิวของวัตถุขนาดใหญ่ (ส่วนใหญ่เป็นโลหะและตัวอย่างที่เป็นโลหะ) ได้ วิธีการสังเกตนี้คล้ายกับวิธีการใช้กล้องจุลทรรศน์แบบสะท้อนแสง

ตามลักษณะของการศึกษาวัตถุ กล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนแบ่งออกเป็นการส่งผ่าน การสะท้อน การแผ่รังสี แรสเตอร์ เงา และกระจก

ที่พบมากที่สุดในปัจจุบันคือกล้องจุลทรรศน์แม่เหล็กไฟฟ้าแบบส่งผ่านซึ่งภาพถูกสร้างขึ้นโดยอิเล็กตรอนที่ผ่านวัตถุที่สังเกต ประกอบด้วยส่วนประกอบหลักดังต่อไปนี้: ระบบไฟ กล้องวัตถุ ระบบโฟกัส และหน่วยบันทึกภาพขั้นสุดท้าย ซึ่งประกอบด้วยกล้องและจอฟลูออเรสเซนต์ โหนดทั้งหมดเหล่านี้เชื่อมต่อถึงกันก่อตัวเป็นคอลัมน์กล้องจุลทรรศน์ที่เรียกว่าซึ่งภายในจะรักษาความดันไว้ ระบบไฟส่องสว่างมักประกอบด้วยปืนอิเล็กตรอนสามอิเล็กโทรด (แคโทด, อิเล็กโทรดโฟกัส, ขั้วบวก) และเลนส์คอนเดนเซอร์ (เรากำลังพูดถึงเลนส์อิเล็กตรอน) มันสร้างลำแสงอิเล็กตรอนเร็วของหน้าตัดและความเข้มที่ต้องการ แล้วส่งไปยังวัตถุที่กำลังศึกษาอยู่ในห้องวัตถุ ลำแสงอิเล็กตรอนที่ผ่านวัตถุจะเข้าสู่ระบบการโฟกัส (การฉายภาพ) ซึ่งประกอบด้วยเลนส์ใกล้วัตถุและเลนส์ฉายภาพอย่างน้อยหนึ่งเลนส์