전자현미경이란

전자현미경이란

전자 현미경의 원리

전자현미경은 전자선을 이용해 측정 대상물의 확대상을 얻을 수 있습니다.

전자선은 전자파로 보았을 경우 매우 파장이 짧은 파동이므로 광학현미경 등보다 훨씬 높은 배율로 형태관찰이 가능합니다.

또 주사전자현미경(SEM)에서는 전자선을 이용하기 때문에 초점심도가 매우 깊은 입체적인 형태관찰이 가능할 것, 수십 배~수만 배 이상의 넓은 배율로 관찰할 수 있을 것이 많은 분야에서 유익한 기능으로서 이용되고 있습니다.

본편에서는 전자현미경의 위치, 원리·특징을 투과전자현미경(TEM), 주사전자현미경(SEM)의 2종류의 전자현미경을 다루어 설명하겠습니다.

​

1) 전자현미경이란

　그림1은 각종 관찰수단의 분해능을 나타냅니다.

여기서, 각종 관찰 수단은 「육안」 「광학 현미경」 「전자현미경」으로 합니다.분해능이란 사물과 사물을 분리하여 관찰할 수 있는 최단 거리를 말합니다.

사람 눈의 분해능은 대략 0.1 mm입니다.

그 이상 작은 것의 관찰에는, 「광학 현미경」이나 「전자현미경」이 사용됩니다.

광학현미경에서는 관찰하고 싶은 시료에 빛을 비춰 상을 확대해서 관찰하는 반면 전자현미경에서는 빛 대신 전자선을 시료에 대고 상을 확대해서 관찰합니다.

전자 현미경은 물리나 화학, 생물부터 의학 부문으로 매우 폭넓은 분야에 이용되고 있습니다.

전자 현미경의 역사는 20 세기 초엽까지 거슬러 올라갑니다.

최초의 전자현미경은 1932년 독일에서 개발되었습니다.

개발자는 이 공적으로 후년에 '노벨 물리학상'을 수상했습니다.

전자현미경의 특징

　그림 2는 광학 현미경과 전자 현미경의 원리 비교를 나타냅니다.

그림 2에서는 광학현미경의 대물렌즈나 투영렌즈 등에 대해 투과전자현미경과 주사전자현미경의 주요 구성부를 대비할 수 있는 형태로 표시되어 있습니다.

전자현미경의 광학현미경에 대한 장점은 배율이 아니라 분해능이 됩니다.

광학 현미경으로도 사진의 확대나, 고배율의 투영 렌즈를 사용하거나 하면, 고배율의 화상을 얻을 수 있습니다.

전자현미경에서는 광학 현미경의 빛(가시광선) 대신으로서 전자선을 이용합니다.

광학현미경으로는 빛(가시광선) 파장 이하의 대상물은 볼 수 없지만 전자현미경에 사용하는 전자선의 파장은 빛보다 훨씬 짧기 때문에 더 작은 대상물을 분리해서 볼 수 있습니다.

따라서, 전자현미경은 광학 현미경에 비해, 훨씬 높은 분해능을 얻을 수 있습니다.

또, 전자현미경에서는 안정된 전자선을 만들기 위해서 고성능 전원이나, 현미경내를 진공으로 유지하는 기구가 필요하고, 광학 현미경과 비교해 대규모 구조입니다.

3.전자현미경의 원리

　현재의 전자 현미경은, 그 용도나 목적에 따라 여러 종류로 분류됩니다만, 크게 「투과전자현미경」과「주사전자현미경」의 2 종류로 나눌 수 있습니다.

​

(1) 투과전자현미경(Transmission Electron Microscopy: TEM)

​

투과전자현미경은 시료에 전자선을 대고, 그것을 투과해 온 전자를 확대해 관찰하는 전자현미경입니다.

시료의 구조나 구성성분의 차이에 의해 투과하는 전자의 밀도가 바뀝니다.

이것이 현미경상이 됩니다.

시료를 투과해온 전자선을 중간렌즈 등으로 확대하고 전자선에 의해 빛나는 형광판에 대고 시료를 관측합니다.

시료를 투과하여 관찰하기 위해 투과전자현미경이라 불리고 있으며 대상물을 가능한 한 얇게 자르거나 전자를 투과하는 박막에 대상물을 발라 관측합니다.

투과전자현미경의 전자선을 가속시키는 전압을 "가속전압"이라고 하는데 가속전압이 300kV일 때 전자선의 파장은 0.00197nm입니다.

광학현미경에 사용되는 가시광선의 파장은 400~800nm로 전자선의 파장이 얼마나 짧은지 이해할 수 있습니다.

투과전자현미경의 분해능은 이 파장이 짧을수록 높아집니다.

​

(2) 주사전자현미경(Scanning Electron Microscopy: SEM)

​

주사전자현미경은 진공속에서 가늘게 짠 전자선으로 시료표면을 주사하고 그 때 시료에서 나오는 정보(신호)를 검출해 모니터 위에 시료표면의 확대상을 표시하는 전자현미경입니다.

진공속에서 전자선을 시료에 조사하면 그림3와 같이 2차전자 등이 시료에서 방출됩니다.

그 밖에 시료에서는 반사전자나 특성X선 등도 방출됩니다.

주사전자현미경에서는 주로 2차전자 또는 반사전자의 신호를 이용해 상을 표시합니다.

2차전자는 시료의 표면 근처에서 발생하는 전자이고 그것을 검출해 얻은 상(2차전자상이라 합니다)은 시료의 미세한 요철을 반영하고 있습니다.

한편 반사전자는 시료를 구성하고 있는 원자에 닿아 튕겨 나온 전자이고 반사전자의 수는 시료의 조성(평균원자번호 결정방위 등)에 의존합니다.

따라서 반사전자상은 시료의 조성분포를 반영한 상이 됩니다.

또 주사전자현미경에 X선 검출기를 장착해 원소분석을 할 수도 있습니다.

주사전자현미경은 시료형태의 관찰뿐만 아니라 그 시료에 어떤 원소가 어느 정도 포함되어 있는지를 조사하는 X선 분석장치로도 활용할 수 있습니다.

https://www.smartinst.co.kr/