【發(fā)展簡史】　電子顯微鏡（electron　microscope，EM），簡稱電鏡，是德國魯斯卡（Ernst Ruska）于1932年研制的一種科學研究儀器。電子顯微鏡的產生和發(fā)展要歸功于19世紀末的一系列發(fā)現和發(fā)明，如1850年的蓋斯勒（Geisslar）放電管、1897年的陰極射線管以及電子束管和高真空技術方面的一系列發(fā)明。經過多年的發(fā)展，電鏡已成為現代科學技術中不可缺少的重要工具。

我國電子顯微鏡的應用在新中國成立后才開始。1958年在所長王大珩領導下，長春中科院光學精密機械研究所的黃蘭友等用72天研制出我國第一臺電子顯微鏡。1959年中科院長春光學精密機械研究所、中科院電子學研究所和上海精密醫(yī)療器械廠等單位合作，由姚駿恩、黃蘭友等研制成大型電子顯微鏡XD－100型。1959年后，由上海光學儀器廠、南京教學儀器廠（現江南光學儀器廠）和沈陽精密儀器廠等開始研制和生產商品電子顯微鏡。1965年7月上海電子光學技術研究所制成DXA3－8型一級大型電子顯微鏡，使我國電鏡生產水平躍到世界先進行列?，F在中科院北京科學儀器廠、上海新躍儀表廠和江南光學儀器廠都生產商品透射電鏡和掃描電鏡。

【分類】　目前，電鏡常見的分類依據是電子束和樣品相互作用的方式。據此將電鏡分為兩類：一類為透射電子顯微鏡（transmission　electron　microscope，TEM），有時就簡稱為電子顯微鏡或電鏡（EM）；另一類是反射式掃描電子顯微鏡，有時簡稱為掃描式電子顯微鏡（scanning　electron　microscope，SEM）或掃描電鏡。其中，透射電子顯微鏡是通過收集直接透過樣品的電子而成像的，而掃描式電子顯微鏡是通過收集從樣品表面反射出的電子而成像的。掃描透射電子顯微鏡兼有兩者性能。

【構成】

1．透射電子顯微鏡的構成　電鏡的結構與光學顯微鏡相似，其光源由可見光變?yōu)殡娮訕?，透鏡系統(tǒng)則由玻璃透鏡變?yōu)榇磐哥R。主要由鏡筒、真空系統(tǒng)和電子學系統(tǒng)三部分組成。

（1）鏡筒：透射電鏡的鏡筒一般是直立的，是電鏡的電子光學部分，包括照明系統(tǒng)（由電子槍和聚光鏡組成）、成像系統(tǒng)和換樣品裝置及像的觀察和記錄系統(tǒng)。其中電子槍是電鏡的照明源，可產生并加速電子，從而達到照明樣品的目的。聚光鏡的作用是將電子槍所發(fā)出的電子束匯聚到樣品平面上，并調節(jié)樣品平面處電子束的孔徑角、電子束的電流密度和照明光斑的大小。成像系統(tǒng)的作用是對樣品進行放大和成像。由物鏡、中間鏡和投影鏡等成像透鏡和消像散器組成。換樣品裝置是放置樣品及樣品與電子作用產生各種信號的場所，又稱樣品室。由樣品載體、樣品架、樣品臺和樣品移動機構組成。像的觀察和記錄系統(tǒng)位于投影鏡的下部，包括觀察室和攝影室。觀察室內有一熒光屏，上涂有熒光物質，在電子束照射下，可呈現終像。在主觀察窗外有1個觀察放大鏡，以對圖像精確聚焦和觀察，觀察放大鏡是單目或雙目光學顯微鏡。攝影室在觀察室的下方，把選擇好的圖像記錄在涂有電子感光乳膠的玻璃平板、軟片或膠卷上。

（2）真空系統(tǒng)：電鏡的真空系統(tǒng)用于從鏡筒中排出空氣和其他氣體，保持真空環(huán)境，主要包括前置泵（獲得低真空的泵）、油擴散泵（用以從低真空獲得高真空的真空泵，油擴散泵可達真空度10－6托以上）及真空測量儀器。

（3）電子學系統(tǒng)：電子學系統(tǒng)主要指各種電源供給系統(tǒng)。包括以下4個部分：高壓電源系統(tǒng)，常用的加速電壓是50kV、75kV和100kV；透鏡電源系統(tǒng)，是1個大電流、低電壓電源；真空系統(tǒng)電源，供給各真空裝置電源；輔助電源，供給儀器各輔助設備所需的電源，如電子槍燈絲加熱電源、照相裝置電路等。

2．掃描電子顯微鏡　掃描電鏡的構成與透射電鏡相似，也由鏡筒、真空系統(tǒng)和電子學系統(tǒng)組成。

（1）鏡筒：包括電子探針系統(tǒng)、樣品室，其中前者的作用是產生具有一定能量、強度和直徑的掃描動物的電子束（電子探針），并將其照射在樣品表面，后者的結構和透射電鏡相似，包括樣品托（用來固定樣品）、樣品臺（用來固定樣品托）、樣品移動裝置等附件。樣品室也有氣鎖裝置，使換樣品后能很快恢復到工作真空。

（2）真空系統(tǒng)：一般由兩級泵及輔助組件組成。對熱發(fā)射鎢絲陰極，工作真空為10－4～10－5托，而場發(fā)射型掃描電鏡，所需的工作真空為10－9～10－11托，故需加入1個離子泵，供給高真空。真空系統(tǒng)也有水壓、停電和真空自動保護裝置。

（3）電子學系統(tǒng)：掃描電鏡的電子學系統(tǒng)包括電源系統(tǒng)和信號電子成像系統(tǒng)。電源系統(tǒng)包括高壓電源、透鏡電源、光電倍增管電源、掃描部件電源以及一些輔助電源等幾個部分。信號電子成像系統(tǒng)把電子探針和樣品相互作用產生的信號電子進行收集、放大和處理，最后在顯像管上顯示出來。掃描電鏡的最終像可以在兩個顯像管中顯示出來。其中一個是長余輝的熒光屏，用于觀察，另一個是短余輝的熒光屏，用于照相記錄，供研究分析或進行圖像處理。

【基本原理】

1．透射電鏡　利用透過樣品的透射電子成像。電子槍發(fā)射的電子射線，經聚光鏡照射到樣品上，電子束和樣品相互作用后，經透鏡成像、放大，在終屏上形成帶有樣品信息的圖像。此過程包括四種基本物理現象，即吸收、散射、干涉和衍射。

（1）吸收：透射電鏡的樣品是“薄膜”樣品，只吸收很少量的電子。

（2）散射：散射是透射電鏡最重要的成像機制。1個高速自由電子打在樣品上后，電子將和樣品中的原子發(fā)生散射作用。當與原子核相作用時，由于原子核的質量比電子大得多，入射電子與核發(fā)生彈性碰撞，即彈性散射，此時，入射電子不損失能量，但運動方向發(fā)生較大偏轉；當與樣品中的電子發(fā)生碰撞時，因質量相同，相互作用之后，能量將重新分配，產生非彈性散射，此時散射角比彈性散射角度小得多；當在運動軌道上與多個原子核及電子碰撞時，碰到的原子數目越多，被散射的可能性越大，總散射量和樣品的厚度和物質密度成正比。樣品各處的質量厚度不同，在熒光屏上就形成明暗不同的黑白圖像。

（3）干涉：從波動學說來看，可以把電子和樣品的作用看作電子波經過樣品后形成的透射波和散射波。如果物鏡光闌讓透射波和散射波同時通過，入射電子波又是相干的，則電鏡中的像就是這兩部分波受透鏡場作用并相互干涉后合成的結果。

（4）衍射：衍射效應可以加強圖像的反差，但Airy盤或條紋的形成降低了圖像的分辨率。

2．掃描電鏡　利用入射電子束和樣品相互作用產生多種信號電子，通過相應的探測器接收，經過放大處理后獲得各種信號的圖像。這些信號電子有：二次電子、反射電子（背散射電子）、X射線、俄歇電子、陰極發(fā)光、吸收電子及透射電子等，其中二次電子用于研究樣品表面形貌，通常所說的掃描電鏡像就是指二次電子像，反射電子可研究樣品結晶學特性。此外，X射線的波譜可以研究樣品的組成成分，俄歇電子能譜則可以確定樣品組成元素。一般掃描電鏡中主要是利用二次電子或背散射電子成像。