전자 현미경은 어떻게 작동합니까? 광학 현미경과의 차이점은 무엇입니까? 그들 사이에 유사점이 있습니까?
전자현미경의 작동 원리는 전자빔에 초점을 맞추는 효과를 발휘하기 위해 회전대칭을 가지는 전기장과 자기장의 불균일한 성질에 기초한다. 따라서 전자 현미경에서 렌즈의 역할은 적절하게 계산된 일련의 전기장과 자기장에 의해 수행됩니다. 이러한 필드를 생성하는 해당 장치를 "전자 렌즈"라고 합니다.
전자렌즈의 종류에 따라 전자 현미경은 자기, 정전기 및 결합으로 나뉩니다.
전자현미경으로 관찰할 수 있는 물체는?
광학 현미경의 경우와 마찬가지로 물체는 먼저 "자체 발광"할 수 있습니다. 즉, 전자 소스 역할을 합니다. 이것은 예를 들어 백열 캐소드 또는 조명 광전자 캐소드입니다. 둘째, 특정 속도의 전자에 대해 "투명한" 물체를 사용할 수 있습니다. 다시 말해서, 전송에서 작동할 때 물체는 충분히 얇아야 하고 전자는 물체를 통과하여 전자 렌즈 시스템에 들어갈 만큼 충분히 빨라야 합니다. 또한 반사된 전자빔을 사용하여 거대한 물체(주로 금속 및 금속화된 샘플)의 표면을 연구할 수 있습니다. 이 관찰 방법은 반사 광학 현미경의 방법과 유사합니다.
물체 연구의 특성상 전자현미경은 투과, 반사, 방출, 래스터, 그림자 및 거울로 구분됩니다.
현재 가장 일반적인 것은 전자가 관찰 대상을 통과하여 이미지가 생성되는 투과형 전자 현미경입니다. 조명 시스템, 대물 카메라, 초점 시스템 및 카메라와 형광 스크린으로 구성된 최종 이미지 등록 장치와 같은 주요 구성 요소로 구성됩니다. 이 모든 노드는 서로 연결되어 압력이 유지되는 소위 현미경 기둥을 형성합니다. 조명 시스템은 일반적으로 3전극 전자총(음극, 집속 전극, 양극)과 콘덴서 렌즈(전자 렌즈에 대해 이야기하고 있음)로 구성됩니다. 원하는 단면적과 강도의 빠른 전자 빔을 형성하고 대상 챔버에 위치한 연구 대상 대상으로 향하게 합니다. 물체를 통과한 전자빔은 대물렌즈와 하나 이상의 프로젝션 렌즈로 구성된 포커싱(투영) 시스템으로 들어갑니다.
전자 현미경전자현미경은 광속 대신 전자빔을 사용하여 최대 10 6배까지 물체의 이미지를 얻을 수 있는 장치입니다. 전자현미경의 분해능은 광학현미경의 분해능보다 1000÷10000배 더 크며 가장 현대적인 기기의 경우 수 옹스트롬(10 -7 m)이 될 수 있습니다.
전자현미경의 출현은 19세기 후반과 20세기 초반에 일련의 물리적 발견을 거쳐 가능하게 되었습니다. 이것은 1897년 전자의 발견(J. Thomson)과 1926년 전자의 파동 특성에 대한 실험적 발견(K. Davisson, L. Germer)이며, 1924년에 de Broglie가 미립자에 대해 내놓은 가설을 확인시켜줍니다. - 모든 종류의 물질의 파동 이원론. 1926년 독일의 물리학자 X. Bush는 전자빔을 집중시킬 수 있는 자기 렌즈를 만들었습니다. 이것은 1930년대 최초의 전자 현미경을 만들기 위한 전제 조건이었습니다. 1931년 R. Rudenberg는 투과형 전자 현미경에 대한 특허를 받았고 1932년 M. Knoll과 E. Ruska는 현대 장치의 첫 번째 프로토타입을 제작했습니다. 1986년 E. Ruska의 이 연구는 그와 주사 탐침 현미경의 발명가인 Gerd Karl Binnig 및 Heinrich Rohrer에게 수여된 노벨 물리학상을 수상했습니다. 1938년 Ruska와 B. von Borris는 독일의 Siemens-Halske 회사를 위해 산업용 투과 전자 현미경의 프로토타입을 제작했습니다. 이 기기는 결국 100nm의 분해능을 달성하는 것을 가능하게 했습니다. 몇 년 후 A. Prebus와 J. Hiller는 토론토 대학교(캐나다)에서 최초의 고해상도 OPEM을 구축했습니다. 1930년대 후반과 1940년대 초반에 작은 단면의 전자 탐침을 물체 위로 순차적으로 움직여 물체의 이미지를 형성하는 최초의 주사형 전자 현미경(SEM)이 등장했습니다. 대량 적용과학 연구에서 이러한 장치 중 상당한 기술적 완성도에 도달한 1960년대에 시작되었습니다. 현재 형태의 SEM은 1952년 Charles Otley에 의해 발명되었습니다. 사실, 그러한 장치의 예비 버전은 1930년대 독일의 Knoll에 의해 그리고 1930년대에 Zworykin이 RCA 회사의 직원들과 함께 제작했지만 Otley 장치만이 여러 기술 개선의 기초 역할을 할 수 있었습니다. 1960년대 중반 SEM의 산업용 버전 도입 x년.
전자 현미경에는 두 가지 주요 유형이 있습니다. 투과형 전자현미경 1930년대에 기존의 투과형 전자현미경(OPEM)이 발명되었고, 1950년대에 주사(주사) 전자현미경이 주사(주사) 전자현미경(SEM)
초박형 물체의 투과전자현미경 투과전자현미경(TEM) 투과형 전자현미경(TEM)은 전자빔과 시료 물질의 상호작용의 결과로 초박형 물체(두께 0.1μm 정도)의 이미지가 형성되는 장치입니다. , 자기 렌즈(대물렌즈)로 확대하고 형광 스크린에 등록합니다. 투과 전자 현미경은 샘플을 비추기 위해 빛 대신 전자 빔을 사용한다는 점을 제외하고는 광학 현미경과 여러 면에서 유사합니다. 여기에는 전자 영사기, 일련의 집광 렌즈, 대물 렌즈, 접안렌즈와 일치하지만 실제 이미지를 형광 스크린이나 사진판에 영사하는 영사 시스템이 포함됩니다. 전자 소스는 일반적으로 텅스텐 또는 육붕화란탄으로 만든 가열된 음극입니다. 음극은 장치의 나머지 부분과 전기적으로 분리되어 있으며 전자는 강한 전기장에 의해 가속됩니다. 그러한 장을 생성하기 위해 음극은 전자를 좁은 빔으로 집중시키는 다른 전극에 비해 V 정도의 전위로 유지됩니다. 장치의 이 부분을 전자 프로젝터라고 합니다. 10억분의 1의 대기.전자는 물질에 의해 강하게 산란되기 때문에 전자가 움직이는 현미경 기둥에는 진공이 있어야 합니다. 10억 대기압을 초과하지 않는 압력을 유지합니다.
전류를 전달하는 코일의 회전에 의해 생성된 자기장은 전류를 변경하여 초점 거리를 변경할 수 있는 수렴 렌즈와 같은 역할을 합니다. 전류를 전달하는 와이어 코일은 유리 렌즈가 광선의 초점을 맞추는 것과 같은 방식으로 전자 광선의 초점을 맞춥니다. 전자 이미지는 전기 및 자기장빛 - 광학 렌즈와 거의 동일합니다. 자기 렌즈의 작동 원리는 다음 다이어그램으로 설명됩니다.
기존의 전송 전자 현미경(OPEM). 1 - 전자 소스; 2 - 가속 시스템; 3 - 다이어프램; 4 - 콘덴서 렌즈; 5 - 샘플; 6 - 대물 렌즈; 7 - 다이어프램; 8 - 프로젝션 렌즈; 9 - 스크린 또는 필름; 10 - 확대 이미지. 전자는 가속된 다음 자기 렌즈에 의해 집중됩니다. 렌즈 조리개를 통과한 전자에 의해 생성된 확대된 이미지는 가시적인 형광 스크린으로 변환되거나 인화판에 기록됩니다. 일련의 콘덴서 렌즈(마지막에 표시된 렌즈만 표시됨)가 전자빔을 샘플에 집중시킵니다. 일반적으로 이들 중 첫 번째는 전자 소스의 확대되지 않은 이미지를 생성하고 후자는 샘플의 조명 영역 크기를 제어합니다. 마지막 집광 렌즈의 조리개는 대물면의 빔 폭을 결정합니다. 샘플 샘플은 기기의 가능한 최대 분해능을 결정하는 TEM의 가장 중요한 렌즈인 고배율 대물 렌즈의 자기장에 배치됩니다. 대물 렌즈의 수차는 카메라나 카메라에 있는 것처럼 조리개에 의해 제한됩니다. 광학 현미경. 대물 렌즈는 대상의 확대된 이미지를 제공합니다(보통 100배의 배율로). 중간 및 투사 렌즈에 의해 도입되는 추가 배율은 10보다 약간 작은 것에서 약간 더 많은 것까지 다양하므로 현대 OPEM에서 얻을 수있는 배율은 1000 미만에서 ~ (백만 배의 배율에서 자몽은 지구 크기로 자랍니다) . 연구 대상은 일반적으로 특수 홀더에 놓인 매우 가는 메쉬 위에 놓입니다. 홀더는 기계적으로 또는 전기적으로 부드럽게 상하좌우로 움직일 수 있습니다.
최종 확대된 전자 이미지는 전자 충격의 영향으로 빛나는 형광 스크린을 통해 볼 수 있습니다. 일반적으로 대비가 낮은 이 이미지는 일반적으로 쌍안 광학 현미경을 통해 볼 수 있습니다. 동일한 밝기로 10 배율의 그러한 현미경은 맨눈으로 관찰했을 때보다 10 배 더 큰 망막에 이미지를 만들 수 있습니다. 때로는 이미지 강화 튜브가 있는 형광체 스크린을 사용하여 약한 이미지의 밝기를 높입니다. 이 경우 최종 이미지는 기존의 텔레비전 화면에 표시될 수 있습니다. 인화판은 일반적으로 사진 재료가 전자를 더 효율적으로 등록하기 때문에 육안으로 관찰하거나 비디오 테이프에 기록된 것보다 더 선명한 이미지를 얻을 수 있도록 합니다. 허가. 허가. 전자빔은 광선과 유사한 성질을 가지고 있습니다. 특히, 각 전자는 특정 파장을 특징으로 합니다. EM의 분해능은 전자의 유효 파장에 의해 결정됩니다. 파장은 전자의 속도와 결과적으로 가속 전압에 따라 달라집니다. 가속 전압이 높을수록 더 빠른 속도전자와 파장이 짧을수록 분해능이 높아집니다. 분해능에서 EM에 대한 이러한 상당한 이점은 전자의 파장이 빛의 파장보다 훨씬 더 작다는 사실에 기인합니다. 그러나 전자 렌즈는 광학 렌즈만큼 초점을 맞추지 않기 때문에(좋은 전자 렌즈의 개구수는 0.09에 불과하지만 우수한 광학 렌즈의 경우 이 값이 0.95에 도달함) EM의 해상도는 50-100 전자 파장입니다. 전자 현미경의 이러한 약한 렌즈로도 ~0.17nm의 분해능 한계를 얻을 수 있어 결정의 개별 원자를 구별할 수 있습니다. 이 순서를 해결하려면 악기를 매우 세심하게 튜닝해야 합니다. 특히, 매우 안정적인 전원이 필요하며 장치 자체(높이가 ~2.5m이고 질량이 몇 톤일 수 있음) 및 그 옵션 장비진동 없는 장착이 필요합니다. OPEM에서는 최대 100만까지 증가할 수 있으며 공간(x, y) 분해능의 한계는 ~0.17nm입니다.
주사전자현미경(SEM) 주사전자현미경(SEM)은 물질과 전자빔의 상호작용 원리에 기초한 장치로, 높은 공간 분해능(수 나노미터)으로 물체 표면의 이미지를 얻도록 고안되었으며, 뿐만 아니라 표면 근처 층의 구성, 구조 및 기타 특성. 주사형 전자 현미경의 공간 분해능은 전자빔의 가로 크기에 따라 달라지며, 이는 차례로 빔을 집중시키는 전자 광학 시스템에 따라 달라집니다. 현재 최신 SEM 모델은 다음과 같은 세계 여러 회사에서 생산하고 있습니다. 그 중 Carl Zeiss NTS GmbH 독일 FEI Company USA(Philips Electron Optics와 합병) FOCUS GmbH 독일 Hitachi Japan JEOL Japan(Japan Electron Optics Laboratory) Tescan Czech 공화국
1 - 전자 소스; 2 - 가속 시스템; 3 - 자기 렌즈; 4 - 편향 코일; 5 - 샘플; 6 - 반사된 전자의 검출기; 7 - 링 감지기; 8 – 분석기 SEM은 전자 렌즈를 사용하여 전자빔(전자 프로브)을 매우 작은 지점에 집중시킵니다. 스폿 직경이 0.2nm를 초과하지 않도록 SEM을 조정할 수 있지만 일반적으로 수십 나노미터입니다. 이 지점은 텔레비전 튜브의 화면 주위를 지나가는 빔과 유사하게 샘플의 일부를 계속해서 돌고 있습니다. 물체에 빔 전자가 부딪힐 때 발생하는 전기 신호는 텔레비전 키네스코프 또는 음극선관(CRT)의 화면에 이미지를 형성하는 데 사용되며, 그 스위프는 전자 빔 편향 시스템과 동기화됩니다(그림). . 증가하는 이 경우빔이 샘플에서 움직이는 영역의 크기에 대한 화면의 이미지 크기의 비율로 이해됩니다. 이 배율은 1000만에서 1000만 전자 기둥입니다.전자 렌즈(보통 구형 자기 렌즈)와 편향 코일은 전자 기둥이라는 시스템을 형성합니다. 그러나 SEM 방법은 서브미크론 및 나노미터 측정 범위에서 특히 두드러지는 여러 제한 및 단점이 특징입니다. 불충분하게 높은 공간 분해능; 주로 SEM의 릴리프 높이가 탄성 및 비탄성 전자 산란의 효율성에 의해 결정되고 1차 전자가 표면으로 침투하는 깊이에 의존한다는 사실 때문에 표면의 3차원 이미지를 얻는 것이 복잡합니다. 층; 전하 축적과 관련된 영향을 방지하기 위해 전도성이 낮은 표면에 추가 전류 수집 층을 적용할 필요성; 진공 상태에서만 측정을 수행합니다. 고에너지 집속 전자빔에 의해 연구 중인 표면이 손상될 가능성.
매우 좁은 전자빔 때문에 SEM은 매우 큰 깊이선명도(mm)는 광학 현미경보다 2배 더 높으며 복잡한 릴리프가 있는 물체에 대해 특징적인 3차원 효과로 선명한 현미경 사진을 얻을 수 있습니다. 이 SEM 속성은 샘플의 표면 구조를 이해하는 데 매우 유용합니다. 꽃가루의 현미경 사진은 SEM의 가능성을 보여줍니다.
스캐닝 프로브 현미경(Scanning Probe Microscopes) 스캐닝 프로브 현미경(SPM)은 다양한 유형의 프로브를 사용하여 물체의 특성을 측정하는 현미경의 일종입니다. 이미징 프로세스는 프로브로 표면을 스캔하는 것을 기반으로 합니다. 에 일반적인 경우 SPM을 사용하면 고해상도로 표면(토포그래피)의 3차원 이미지를 얻을 수 있습니다. 스캐닝 프로브 현미경의 주요 유형은 다음과 같습니다. 스캐닝 터널링 현미경 스캐닝 터널링 현미경(STM, eng. STM 스캐닝 터널링 현미경) 또는 스캐닝 터널링 현미경(RTM) - 프로브와 샘플 사이의 터널링 전류를 사용하여 이미지를 얻을 수 있습니다. 지형 및 전기적 특성 샘플에 대한 정보를 얻습니다. 스캐닝 원자력 현미경 스캐닝 원자력 현미경(AFM) - 프로브와 샘플 사이의 다양한 힘을 등록합니다. 표면의 지형과 기계적 특성을 얻을 수 있습니다. 스캐닝 근거리 광학 현미경 스캐닝 근거리 광학 현미경(SNOM) - 근거리장 효과를 사용하여 이미지를 얻습니다.
독특한 SPM 기능은 프로브, 두 번째(X-Y) 또는 세 번째(X-Y-Z) 좌표를 따라 샘플에 대해 프로브를 이동하는 시스템, 기록 시스템의 존재입니다. 표면과 시료 사이의 작은 거리에서 상호 작용력(척력, 인력 및 기타 힘)의 작용과 다양한 효과(예: 전자 터널링)의 발현은 다음을 사용하여 고정될 수 있습니다. 현대 수단등록. 등록용 다른 유형센서의 민감도를 통해 작은 섭동을 감지할 수 있습니다. 스캐닝 프로브 현미경의 작동은 샘플 표면과 프로브(캔틸레버 - 영국식 빔, 바늘 또는 광학 프로브)의 상호 작용을 기반으로 합니다. 캔틸레버는 빔의 길이에 따라 딱딱한 것과 부드러운 것으로 나뉘며 이는 캔틸레버 진동의 공진 주파수가 특징입니다. 마이크로 프로브로 표면을 스캔하는 과정은 대기 또는 미리 결정된 가스, 진공, 심지어 액체 필름을 통해 발생할 수 있습니다. 주사 전자 현미경(배율 1000X) 좌표의 캔틸레버,
기록 시스템은 프로브 샘플 거리에 따라 달라지는 함수 값을 고정합니다. 본격적인 래스터 이미지를 얻으려면 X 및 Y 축을 따라 다양한 스캔 장치가 사용됩니다(예: 압전관, 평면 평행 스캐너). 표면 스캐닝은 캔틸레버 스캐닝과 기판 스캐닝의 두 가지 방법으로 수행할 수 있습니다. 첫 번째 경우에서 캔틸레버가 조사된 표면을 따라 이동하면 두 번째 경우에서 기판 자체가 고정된 캔틸레버에 대해 이동합니다. 피드백캔틸레버가 표면에 가까워야 하는 스캔 모드를 유지하려면 모드에 따라 일정 힘 모드든 일정 높이 모드든 스캔 프로세스 동안 이 모드를 유지할 수 있는 시스템이 있습니다. 이를 위해 전자 회로현미경에는 캔틸레버를 원래 위치에서 편향시키기 위한 시스템과 연결된 특수 피드백 시스템이 포함되어 있습니다. 주사형 탐침 현미경 제작의 주요 기술적 어려움: 탐침의 끝 부분은 연구 중인 물체와 비슷한 치수를 가져야 합니다. 0.1옹스트롬 이상의 수준에서 기계적(열 및 진동 포함) 안정성을 보장합니다. 감지기는 기록된 매개변수의 작은 섭동을 안정적으로 기록해야 합니다. 정밀 스위프 시스템의 생성. 표면에 대한 프로브의 부드러운 접근을 보장합니다.
주사 터널링 현미경(STM, eng. STM 주사 터널링 현미경) 또는 주사 터널링 현미경(RTM) 현대적인 형태의 주사 터널링 현미경은 Gerd Karl Binnig와 1981년 하인리히 로러. 이 발명에 대해 그들은 수여되었습니다 노벨상 1986년 물리학에서 그들과 투과 전자 현미경의 발명가인 E. Ruska 사이에 분할되었습니다. STM에서 날카로운 금속 바늘은 몇 옹스트롬의 거리에서 샘플로 가져옵니다. 시료에 비해 바늘에 작은 전위가 가해지면 터널링 전류가 발생합니다. 이 전류의 크기는 샘플-바늘 거리에 기하급수적으로 의존합니다. 일반적인 pA 값은 약 1A의 거리에 있습니다. 이 현미경은 작은 직경의 금속 팁을 전자 소스로 사용합니다. 팁과 샘플 표면 사이의 틈에 전기장이 생성됩니다. 단위 시간(터널링 전류)당 팁에서 필드에 의해 뽑힌 전자의 수는 팁과 샘플 표면 사이의 거리에 따라 다릅니다(실제로 이 거리는 1nm 미만입니다). 팁이 표면을 따라 이동함에 따라 전류가 변조됩니다. 이를 통해 샘플 표면의 릴리프와 관련된 이미지를 얻을 수 있습니다. 팁이 단일 원자로 끝나면 원자를 원자로 통과시켜 표면의 이미지를 형성하는 것이 가능합니다.
RTM은 팁에서 표면까지의 거리가 일정하고 원자 치수의 정확도로 팁을 이동할 수 있는 경우에만 작동할 수 있습니다. 표면에 대한 법선(~0.01 nm) 및 수평 방향(~0.1 nm)을 따른 STM의 고해상도는 진공 및 터널 갭의 유전체 매체 모두에서 실현되므로 측정 정확도 선형 치수나노미터 범위에서. 백금 - 이리듐 바늘 스캐닝 터널링 현미경 클로즈업.
주사형 원자간력 현미경 주사형 원자간력현미경(AFM) 1986년에 제안된 표면 원자력현미경(AFM)은 밀접하게 이격된 사이의 힘 상호작용의 효과에 기반을 두고 있습니다. 솔리드 바디. STM과 달리 AFM 방법은 진공뿐만 아니라 공기 및 액체 매질에서도 전도성 및 비전도성 표면 모두에 대한 측정에 적합합니다. 가장 중요한 요소 AFM은 마이크로 프로브(캔틸레버)로, 끝에 곡률 반경이 R인 유전체 팁이 있으며, 3좌표 조작기를 사용하여 연구 중인 샘플의 표면을 d0의 거리로 만듭니다. 1÷10 nm. 캔틸레버의 끝은 일반적으로 기계적 강성이 낮은 브래킷 형태로 만들어진 스프링에 고정됩니다. 샘플과 캔틸레버 팁 사이의 원자간(분자간) 상호 작용의 결과로 브래킷이 벗어납니다. 표면에 대한 법선을 따른 AFM 분해능은 해당 STM 분해능과 비슷하며 수평 방향의 분해능(종방향 분해능)은 거리 d와 팁 R의 곡률 반경에 따라 다릅니다. 수치 계산은 R= 0.5 nm 및 d=0.4 nm 세로 해상도는 ~1 nm입니다. AFM 프로브는 바늘 포인트이므로 나노미터 치수의 표면 릴리프 요소의 프로파일에 대한 정보를 얻을 수 있지만 이러한 요소의 높이(깊이)는 100nm를 초과해서는 안 되며 인접 요소는 100 nm 이상의 거리에 있어야 합니다. 특정 원자현미경 관련 조건이 충족되면 정보 손실 없이 요소 프로파일을 복원할 수 있습니다. 그러나 이러한 조건은 실제로 실험에서 구현하는 것이 불가능합니다.
보기 공간 분해능 (x,y) Z 좌표 분해능 필드 크기 배율 광학 현미경 200 nm-0.4 -0.2 mm x 공초점 현미경 200 nm 1 nm 백색광 간섭계 200 nm 0.1 nm 0.05 ~ x 홀로그램 현미경 200 nm 0.1 nm 0.05 ~ x 투과형 전자현미경 0.2 nm ~ 주사형 전자현미경(SEM) 0.4 nm 0.1 nm 0.1-500 µm in z - ~1-10 mm ~ x 주사형 프로브 현미경 0.1 nm 0.05 nm ~150 x 150 µm in z - 
전자 현미경에서 이미지를 얻기 위해 자기장을 사용하여 기기 기둥에서 전자의 움직임을 제어하는 특수 자기 렌즈가 사용됩니다.
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✪ 세계에서 가장 강력한 전자 현미경.
✪ 현미경으로 보는 세상
✪ 나노월드. 주사 터널링 현미경.
✪ 89. 위대한 역사에서 과학적 발견: Ernst Ruska와 전자현미경
1931년에 R. Rudenberg는 투과형 전자 현미경에 대한 특허를 받았고 1932년에 M. Knoll과 E. Ruska가 현대 기기의 첫 번째 프로토타입을 제작했습니다. 1986년 E. Ruska의 이 연구는 그와 스캐닝 프로브 현미경 Gerd Karl Binnig 및 Heinrich Rohrer의 발명가에게 수여된 노벨 물리학상을 수상했습니다. 과학 연구를 위한 투과형 전자 현미경의 사용은 1930년대 후반에 시작되었으며 동시에 지멘스가 만든 최초의 상업용 기기가 등장했습니다.
1930년대 후반부터 1940년대 초반까지 작은 단면의 전자 탐침을 물체 위로 순차적으로 움직여 물체의 상을 형성하는 최초의 주사형 전자현미경이 등장했습니다. 과학 연구에서 이러한 장치의 대량 사용은 상당한 기술적 완성도에 도달한 1960년대에 시작되었습니다.
1970년대에 개발의 중요한 도약은 열이온 음극 대신에 쇼트키 음극과 냉전계 방출이 있는 음극을 사용한 것이지만, 이 음극을 사용하려면 훨씬 더 큰 진공이 필요합니다.
1990년대 후반과 2000년대 초반에 컴퓨터화와 CCD 검출기의 사용으로 디지털 이미징이 훨씬 쉬워졌습니다.
지난 10년 동안 현대의 첨단 투과 전자 현미경은 결과 이미지에 큰 왜곡을 일으키는 구면 및 색수차 보정기를 사용했습니다. 그러나 사용하면 장치 사용이 상당히 복잡해질 수 있습니다.
투과형 전자현미경은 고에너지 전자빔을 사용하여 이미지를 형성합니다. 전자빔은 음극(텅스텐, LaB 6 , 쇼트키 또는 저온 전계 방출)을 통해 생성됩니다. 생성된 전자빔은 일반적으로 80-200keV로 가속되고(20kV에서 1MV의 다양한 전압이 사용됨) 자기 렌즈 시스템(때로는 정전기 렌즈)에 의해 집속되어 샘플을 통과하여 일부 전자가 산란됩니다. 샘플에 있고 일부는 그렇지 않습니다. 따라서 시료를 통과한 전자빔은 시료의 구조에 대한 정보를 전달합니다. 다음으로 빔은 확대 렌즈 시스템을 통과하여 발광 스크린(일반적으로 황화 아연으로 만들어짐), 사진 판 또는 CCD 카메라에 이미지를 형성합니다.
TEM 해상도는 주로 구면 수차에 의해 제한됩니다. 일부 최신 TEM에는 구면 수차 보정기가 있습니다.
TEM의 주요 단점은 매우 얇은 샘플(100nm 정도)과 빔 아래 샘플의 불안정성(분해)이 필요하다는 것입니다.
그러나 투과전자현미경(TEM) 유형 중 하나인 TEM 모드에서만 작동하는 기기가 있습니다. 전자빔은 상대적으로 얇은 샘플을 통과하지만 기존의 투과전자현미경과 달리 전자빔은 래스터를 따라 샘플을 가로질러 이동하는 지점에 집속됩니다.
이것은 샘플 표면에 얇은 전자빔을 쓸어 넘기는 텔레비전 원리를 기반으로 합니다.
가장 일반적인 구성에서 전자 현미경은 픽셀당 별도의 밝기 값으로 이미지를 생성하며 결과는 일반적으로 회색 음영으로 표시됩니다. 그러나 종종 이러한 이미지는 다음을 사용하여 채색됩니다. 소프트웨어, 또는 단순히 그래픽 편집기를 사용하여 수동으로 편집할 수 있습니다. 이는 일반적으로 미적 효과 또는 구조를 개선하기 위해 수행되며 일반적으로 패턴에 대한 정보를 추가하지 않습니다.
일부 구성에서는 여러 감지기를 사용하여 픽셀당 샘플 속성에 대한 추가 정보를 수집할 수 있습니다. SEM에서는 한 쌍의 전자 반사 감지기를 사용하여 재료의 지형 및 지형 속성을 캡처할 수 있으며 이러한 속성은 각 속성에 다른 기본 색상이 할당된 단일 색상 이미지로 중첩될 수 있습니다. 유추하여 반사 및 2차 전자 신호의 조합은 서로 다른 색상을 할당하고 단일 색상 현미경 사진에 중첩하여 샘플의 특성을 동시에 표시할 수 있습니다.
SEM에 사용되는 일부 감지기 유형에는 분석 기능이 있으며 픽셀당 여러 데이터 항목을 제공할 수 있습니다. 예를 들면 원소 분석에 사용되는 에너지 분산형 X선 분광기 검출기와 지질학적 샘플에서 전자 자극 발광의 강도와 스펙트럼을 분석하는 음극 발광 현미경 시스템이 있습니다. SEM 시스템에서 이러한 검출기의 사용은 신호를 컬러 코딩하고 단일 컬러 이미지로 오버레이하여 서로 다른 샘플 구성요소의 분포 차이를 명확하게 보고 비교할 수 있도록 하는 데 일반적입니다. 선택 사항, 2차 표준 전자 이미지샘플의 구조와 구성을 비교할 수 있도록 하나 이상의 구성 채널과 결합할 수 있습니다. 어떤 식으로든 변경되지 않는 원본 신호의 완전한 무결성을 유지하면서 이러한 이미지를 만들 수 있습니다.
전자 현미경은 제조 및 유지 비용이 비싸지만 공초점 광학 현미경의 전체 및 운영 비용은 기본 전자 현미경과 비슷합니다. 달성을 목표로 하는 현미경 고해상도, 외부 전자기장이 없는 안정된 건물(때로는 지하)에 배치해야 합니다. 공기를 구성하는 분자가 전자를 산란시키므로 샘플은 일반적으로 진공 상태에서 고려해야 합니다. 한 가지 예외는 수화된 샘플을 저압(최대 2.7kPa) 및/또는 습한 환경에서 볼 수 있는 SEM 환경입니다. 일반적인 고진공 모드에서 작동하는 주사 전자 현미경은 일반적으로 전도성 샘플을 이미지화합니다. 따라서 비전도성 재료에는 전도성 코팅(금/팔라듐, 탄소 합금, 오스뮴 등)이 필요합니다. 방법 낮은 전압현대 현미경을 사용하면 코팅 없이 비전도성 샘플을 관찰할 수 있습니다. 비전도성 물질은 압력을 변화시켜 묘사할 수도 있습니다(또는 환경) 주사 전자 현미경.
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1931년에 R. Rudenberg는 투과형 전자 현미경에 대한 특허를 받았고, 1932년에는 M. Knoll과 E. Ruska가 현대 기기의 첫 프로토타입을 제작했습니다. 1986년 E. Ruska의 이 연구는 그와 주사 프로브 현미경의 발명가인 Gerd Karl Binnig 및 Heinrich Rohrer에게 수여된 노벨 물리학상을 수상했습니다. 과학 연구를 위한 투과형 전자 현미경의 사용은 1930년대 후반에 시작되었으며 동시에 지멘스가 만든 최초의 상업용 기기가 등장했습니다.
1930년대 후반부터 1940년대 초반까지 작은 단면의 전자 탐침을 물체 위로 순차적으로 움직여 물체의 상을 형성하는 최초의 주사형 전자현미경이 등장했습니다. 과학 연구에서 이러한 장치의 대량 사용은 상당한 기술적 완성도에 도달한 1960년대에 시작되었습니다.
70년대에 개발에서 상당한 도약은 쇼트키 음극과 열이온 음극 대신 냉전계 방출이 있는 음극을 사용하는 것이지만 사용하려면 훨씬 더 큰 진공이 필요합니다.
90년대 후반과 2000년대 초반에 컴퓨터화와 CCD 검출기의 사용으로 안정성과 (상대적으로) 사용 편의성이 크게 향상되었습니다.
지난 10년 동안 현대의 첨단 투과 전자 현미경은 구면 및 색수차(결과 이미지에 주요 왜곡이 발생함)에 대한 교정기를 사용했지만, 때때로 사용으로 인해 장치 사용이 상당히 복잡해졌습니다.
템플릿:섹션 공백
전자현미경의 원래 모습. 투과형 전자현미경은 고에너지 전자빔을 사용하여 이미지를 형성합니다. 전자빔은 음극(텅스텐, LaB 6 , 쇼트키 또는 저온 전계 방출)을 통해 생성됩니다. 생성된 전자빔은 일반적으로 +200keV(20keV에서 1meV까지의 다양한 전압이 사용됨)로 가속되고 정전기 렌즈 시스템에 의해 집속되고 샘플을 통과하여 샘플의 일부가 산란을 통과하도록 하고 일부는 하지 않습니다. 따라서 시료를 통과한 전자빔은 시료의 구조에 대한 정보를 전달합니다. 다음으로 빔은 확대 렌즈 시스템을 통과하여 발광 스크린(일반적으로 황화 아연으로 만들어짐), 사진 판 또는 CCD 카메라에 이미지를 형성합니다.
TEM 해상도는 주로 구면 수차에 의해 제한됩니다. 일부 최신 TEM에는 구면 수차 보정기가 있습니다.
TEM의 주요 단점은 매우 얇은 샘플(100nm 정도)이 필요하고 빔 아래에서 샘플의 불안정성(분해)이 필요하다는 것입니다.
주요 기사: 투과형 주사 전자 현미경
그러나 투과전자현미경(TEM) 유형 중 하나인 TEM 모드에서만 작동하는 기기가 있습니다. 전자빔은 상대적으로 얇은 샘플을 통과하지만 기존의 투과전자현미경과 달리 전자빔은 래스터를 따라 샘플을 가로질러 이동하는 지점에 집속됩니다.
이것은 샘플 표면에 얇은 전자빔을 쓸어 넘기는 텔레비전 원리를 기반으로 합니다.
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위키미디어 재단. 2010년 .
에 현대 세계현미경은 필수 광학 장치로 간주됩니다. 그것 없이는 생물학, 의학, 화학, 우주 연구 및 유전 공학과 같은 인간 활동 영역을 상상하기 어렵습니다.
현미경은 다양한 물체를 연구하는 데 사용되며 육안으로 볼 수 없는 구조를 아주 자세하게 볼 수 있게 해줍니다. 인류는 이 유용한 장치의 출현을 누구에게 빚지고 있습니까? 누가 언제 현미경을 발명했습니까?
장치의 역사는 고대에 뿌리를 두고 있습니다. 곡면의 반사 및 굴절 능력 햇빛기원전 3세기에 탐험가 유클리드가 발견했습니다. 그의 작품에서 과학자는 물체의 시각적 확대에 대한 설명을 찾았지만 그의 발견은 실제 적용을 찾지 못했습니다.
제일 초기 정보현미경에 대해 다시 XVIII 세기. 1590년 네덜란드의 장인 Zachary Jansen은 안경의 렌즈 두 개를 하나의 튜브에 넣어 물체를 5배에서 10배까지 확대하여 볼 수 있었습니다. 
나중에 유명한 탐험가 갈릴레오 갈릴레이가 망원경을 발명하여 주목을 끌었습니다. 흥미로운 기능: 크게 밀면 작은 물체가 크게 확대될 수 있습니다.
현미경 개발의 진정한 과학적, 기술적 돌파구는 17세기에 일어났습니다. 1619년 네덜란드 발명가인 Cornelius Drebbel은 볼록 렌즈가 있는 현미경을 발명했으며 세기 말에 또 다른 네덜란드인 Christian Huygens가 접안렌즈를 조정할 수 있는 그의 모델을 발표했습니다.
더 발전된 장치는 하나의 큰 렌즈로 장치를 만든 발명가 Anthony Van Leeuwenhoek에 의해 발명되었습니다. 다음 세기 반 동안 이 제품은 최상의 품질이것이 Leeuwenhoek가 종종 현미경의 발명가라고 불리는 이유입니다.
광학 장치는 Leeuwenhoek가 발명한 것이 아니라 Robert Hooke가 1661년에 추가 렌즈를 추가하여 Huygens의 모델을 개선했다는 의견이 있습니다. 결과 유형의 장치는 과학계에서 가장 인기 있는 장치 중 하나가 되었으며 18세기 중반까지 널리 사용되었습니다. 
미래에는 많은 발명가들이 현미경 개발에 손을 댔습니다. 1863년 Henry Sorby는 탐색할 수 있는 편광 장치를 발명했으며 1870년대에는 Ernst Abbe가 현미경 이론을 개발하고 무차원량 "Abbe number"를 발견하여 보다 진보된 광학 장비 제조에 기여했습니다.
1931년 과학자 Robert Rudenberg는 전자빔을 사용하여 물체를 확대할 수 있는 새로운 장치에 대한 특허를 받았습니다. 이 장치는 전자 현미경이라고 했으며 기존 광학 장치보다 수천 배 더 큰 고해상도로 인해 많은 과학 분야에서 널리 응용되고 있습니다.
1년 후 Ernst Ruska는 현대 전자 장치의 프로토타입을 만들어 노벨상을 수상했습니다. 이미 1930년대 후반에 그의 발명은 과학 연구에 널리 사용되기 시작했습니다. 동시에 Siemens는 상업용 전자 현미경을 생산하기 시작했습니다.
현재까지 가장 혁신적인 광학 현미경 유형은 독일 발명가 Stefan Hell이 이끄는 과학자 그룹이 2006년에 개발한 나노스코프입니다. 
이 새로운 장치는 아베수의 장벽을 극복할 수 있을 뿐만 아니라 10나노미터 이하 크기의 물체를 관찰할 수 있는 기회를 제공합니다. 또한 이 장치는 이전에는 기존 현미경으로는 접근할 수 없었던 고품질 3차원 물체 이미지를 제공합니다.
