什麼是電子顯微鏡

利用電子，一般是利用電子透鏡聚焦的電子束，形成放大倍數很高的物體影象的裝置。

電子顯微鏡（以下簡稱電鏡）屬電子光學儀器。由於電子的德布羅意波波長比光波短几個量級，所以電鏡具有高分辨成像的能力。首先發明的是透射電鏡，由M.諾爾和E.魯斯卡於1932年發明並突破了光學顯微鏡分辨極限。

電鏡類別

透射電鏡 (TEM)

樣品必須製成電子能穿透的，厚度為100～2000┱的薄膜。成像方式與光學生物顯微鏡相似，只是以電子透鏡代替玻璃透鏡。放大後的電子像在熒光屏上顯示出來。圖1是其光路示意圖。TEM的分辨本領能達 3┱左右。在特殊情況下能更高些。

超高壓電鏡 (HVEM)

是一種TEM，不過常用的 TEM加速電壓為 100kV。只能穿透幾千埃厚的樣品。電子的穿透能力隨β2＝v2/с2(電子速度與光速之比)而增。由於相對論性效應，β2在 500kV以上增加得就很慢了。目前有200kV、300kV和1000kV的商品電鏡。法國和日本有3000kV的特製電鏡。HVEM除加速筒以外與一般 TEM相似，只是尺寸放大了。1000kV的電鏡有兩層樓高。放大尺寸後，樣品周圍空間增大，便於安置各種處理樣品的附件，如拉伸、加熱、冷卻、化學反應等副件，並能把它們與傾斜樣品臺結合起來；還可以做動態觀察，用電視記錄樣品處理過程中的變化。高能量的電子能造成樣品中的輻射損傷，這對研究材料輻射損傷的微觀機理帶來極大的方便。

高分辨電鏡(HREM)

提高加速電壓，使電子波長更短，能提高分辨本領。由於技術上的難度高，所以至70年代初超高壓電鏡主要針對提高穿透率。70年代末至80年代初技術上的提高帶來了200kV、300kV的高分辨商品電鏡及個別500kV、600kV和1000kV的HREM。分辨本領能達2┱左右。不久將能達到1.5┱。由於生物學分子極易被輻照損傷，所以目前HREM主要用於觀察無機材料中的原子排列。

掃描電鏡 (SEM)

主要用於直接觀察固體表面的形貌，其原理如圖2所示。先利用電子透鏡將一個電子束斑縮小到幾十埃，用偏轉系統使電子束在樣品面上作光柵掃描。電子束在它所到之處激發出次級電子，經探測器收集後成為訊號，調製一個同步掃描的映象管的亮度，顯示出影象。樣品表面上的凹凸不平使某些區域性朝向次級電子探測器，另一些背向探測器。朝向探測器的部分發出的次級電子被集收得多，就顯得亮，反之就顯得暗，由此產生陰陽面、富有立體感的影象。像的放大倍數為映象管的掃描幅度比上樣品面上電子束的掃描幅度。SEM的分辨本領比電子束斑直徑略大。目前SEM的分辨本領能達60┱。

掃描透射電鏡(STEM)

成像方式與掃描電鏡相似，不過接收的不是次級電子而是透射電子（包括部分小角散射電子）。樣品也必須是薄膜，STEM的分辨本領與電子束斑直徑相當。專門的STEM用高亮度場致發射電子槍（要求10-10託的超高真空）。分辨本領能達3┱。利用這種STEM已觀察到輕元素支援膜上的單個重原子。對實際工作尤為重要的是可以利用它的微小電子束斑作極微區（幾十埃）的晶體結構分析（用電子衍射）和成分分析（用電子束激發的標識X 射線或者用電子能量損失譜）。目前商品TEM可以帶有STEM附件，不過因為沒有高亮度場致發射槍，所以只能將束斑縮到幾十埃。能做約100┱範圍內的結構和成分分析。能在觀察顯微像的同時在其任意一個微小的區域性做上述分析的電鏡叫“分析電鏡”。

襯度（反差）的來源

現按各種電鏡分別敘述。

透射電鏡

TEM襯度的形成，物鏡後焦面是起重要作用的部位。電子經樣品散射後，相對光軸以同一角度進入物鏡的電子在物鏡後焦面上聚焦在一個點上。散射角越大，聚焦點離軸越遠，如果樣品是一個晶體，在後焦面上出現的是一幅衍射圖樣。與短晶面間距（或者說“高空間頻率”）對應的衍射束被聚焦在離軸遠處。在後焦面上設有一個光闌。它擷取那一部分電子不但對襯度，而且對分辨本領有直接的影響。如果光闌太小，把需要的高空間頻率部分截去，那麼和細微結構對應的高分辨資訊就丟失了（見阿貝成像原理）。

樣品上厚的部分或重元素多的部分對電子散射的機率大。透過這些部分的電子在後焦面上分佈在軸外的多。用光闌截去部分散射電子會使“質量厚度”大的部位在像中顯得暗。這種襯度可以人為地造成，如生物樣品中用重元素染色，在材料表面的復形膜上從一個方向噴鍍一層金屬，造成陰陽面等。散射吸收(指被光闌擋住)襯度是最早被人們所認識和利用的襯度機制。就表面復型技術而言，它的分辨本領可達幾十埃。至於晶體樣品的衍襯像和高分辨的點陣像的襯度來源，見點陣像和電子衍襯像。

掃描電鏡

除次級電子外，用背散射電子（經過多次散射後又從試樣表面出來的入射電子）成像可辨別原子序數的差別。用標識X 射線成像可辨別元素分佈。其他效應如陰極熒光、電子束誘導電流在半導體材料和器件中有其應用。用電子溝道效應可得出晶體取向資訊。

掃描透射電鏡

與 TEM之間有一個倒易關係。如果一個STEM中入射電子的孔徑角與一個 TEM中出射電子的孔徑角相等，STEM的出射孔徑角也與TEM的入射孔徑角相等，那麼兩者影象的反差就相同。