전자현미경(electron microscope )

빛 대신에 전자를 사용해 물체의 확대상(擴大像)을 만드는 장치. 광학현미경으로는 보이지 않는 작은 물체를 볼 수 있다.


세포나 박테리아는 광학현미경으로는 대체적인 윤곽만 보일 뿐이고 내부의 미세한 구조는 전자현미경이 아니면 볼 수 없다[그림].


광학현미경의 분해능(分解能)은 고작 0.5μm인데, 이는 광파(光波)의 파장이 그 정도의 크기이기 때문이며, 원리적으로 뛰어넘을 수 없는 한계이다.


전자기파의 파장이 광파에 비해 훨씬 짧기 때문에 전자현미경은 이 한계를 깨뜨릴 수 있다.


보통 전자현미경이라고 하면 투과형(透過型)이나 주사형(走査型) 중 하나를 가리킨다.


〔주사형 전자현미경〕 scanning electron microscope의 머리글자를 따서 셈(SEM)이라고 약칭한다.


자기장으로 이루어진 렌즈는 상의 확대가 아니라 전자빔을 가늘게 집속하기 위한 것이다.


집속한 전자빔으로 시료면(試料面)을 주사해, 발생되는 2차전자를 검출 · 증폭시켜 브라운관의 그리드에 넣는다.


2차전자의 양은 표면의 물질과 표면의 요철(凹凸)에 의하므로, 텔레비전과 흡사한 원리에 의해 형광면 위에 확대상이 나타난다.


배율은 시료면과 형광면 위의 주사진폭의 비(比)로 결정된다.


셈의 분해능은 전자빔을 가늘게 집속할수록 높아지지만, 일반적으로는 10nm 정도까지여서 투과형 전자현미경(TEM ; 템)에는 미치지 못한다.


셈은 보통 두꺼운 시료의 표면관찰에 사용되지만, 박편시료(薄片試料)를 주사해 투과전자선을 검출하면 템과 거의 같은 상이 생긴다.


이것이 스템(STEM)이다.


특별히 작은 전자발생기를 장비한 스템은 템 정도의 고분해능을 가지며 고립원자(孤立原子)의 상까지도 얻는다.


〔투과형 전자현미경〕 이 형은 영어의 transmission electron microscope의 머리글자를 따서 템(TEM)이라고 약칭한다.


필라멘트에서 나온 전자를 약 10만V로 가속하고 양극(陽極)의 구멍을 통과한 전자빔을 집속해 박편시료를 조사(照射)한다.


그 상을 전자렌즈로 차례차례 확대하고(표준형에서는 대물 · 중간 · 투영의 3단 렌즈), 종단상(終段像)을 형광판으로 관찰해 카메라로 촬영한다.


전자빔의 통로는 모두 진공으로 되어 있다.


이것에 사용되는 렌즈는 모두 자기장형(磁氣場型) 전자렌즈이고, 원리적으로는 전자빔을 축으로 하는 코일이다.


여기에 흘리는 전류(직류)를 증감하면 렌즈의 초점거리가 변화한다.


시료는 시료 홀더를 통해 1분도 걸리지 않고 대기 속에서 진공 속으로 삽입할 수 있다.


광학현미경의 슬라이드 글라스에 해당하는 것은 지름 3mm인 얇은 금속판에 지름 0.1mm인 작은 구멍을 많이 낸 것이다.


그 구멍에 비결정질탄소(非結晶質炭素)의 엷은막(두께 10nm 정도)을 붙이고 그 위에 찰흙이나 연기 등의 입자를 얹어 놓고 본다.


시료의 두께가 100nm를 초과하면 전자빔은 거의 통과하지 않고 윤곽만 보이므로, 내부구조를 보려면 더욱 밟게 해야 한다.


덩어리 상태인 금속에서 박편시료를 잘라내려면 전해연마법(電解硏磨法)을 사용한다.


이 방법에 의해 시료의 각종 격자결함(格子缺陷)이 관찰된다.


이 밖에 다종다양한 시료기술이 개발되어 템의 용도가 확대되었다.


10만V로는 투과하지 않는 두꺼운 시료에 대해 100만V 정도의 초고압 전자현미경도 개발되고 있다.