הסוג הרגיל של מיקרוסקופ שאתה עשוי למצוא בכיתה או במעבדה למדעים הוא מיקרוסקופ אופטי. מיקרוסקופ אופטי משתמש באור בכדי להגדיל תמונה של עד 2000X (בדרך כלל הרבה פחות) ובעל רזולוציה של כ -200 ננומטר. לעומת זאת, מיקרוסקופ אלקטרונים משתמש בקרן אלקטרונים ולא באור כדי ליצור את התמונה. הגדלה של מיקרוסקופ אלקטרונים עשויה להיות גבוהה עד 10,000,000x, עם רזולוציה של 50 פיקומטר (0.05 ננומטר).
היתרונות של שימוש במיקרוסקופ אלקטרונים על פני מיקרוסקופ אופטי הם הגדלה והספק רב יותר בהרבה. החסרונות כוללים את עלות וגודל הציוד, הדרישה להכשרה מיוחדת להכנת דגימות למיקרוסקופיה ולשימוש במיקרוסקופ, והצורך לראות את הדגימות בוואקום (למרות שניתן להשתמש בכמה דגימות hydrated).
הדרך הקלה ביותר להבין כיצד עובד מיקרוסקופ אלקטרונים היא להשוות אותו למיקרוסקופ אור רגיל. במיקרוסקופ אופטי אתה מסתכל דרך העינית והעדשה כדי לראות תמונה מוגדלת של הדגימה. הגדרת המיקרוסקופ האופטי מורכבת מדגימה, עדשות, מקור אור ותמונה שתוכלו לראות.
במיקרוסקופ אלקטרונים, קרן אלקטרונים תופסת את מקומה של קרן האור. יש להכין את הדגימה במיוחד כדי שהאלקטרונים יוכלו לתקשר איתה. האוויר שבתא הדגימה נשאב החוצה ליצירת ואקום מכיוון שאלקטרונים לא נוסעים רחוק בגז. במקום עדשות, סלילים אלקטרומגנטיים ממקדים את קרן האלקטרונים. האלקטרומגנטים מכופפים את קרן האלקטרונים באותה צורה בה עדשות מכופפות אור. התמונה מיוצרת על ידי
אלקטרונים, כך שהיא נראית על ידי צילום תמונה (מיקרוגרף אלקטרונים) או על ידי הצגת הדגימה דרך צג.ישנם שלושה סוגים עיקריים של מיקרוסקופיית אלקטרונים, אשר נבדלים זה מזה בהתאם ליצירת התמונה, אופן הכנת המדגם והרזולוציה של התמונה. מדובר במיקרוסקופיית אלקטרונים להולכה (TEM), סריקת מיקרוסקופיית אלקטרונים (SEM) וסריקת מיקרוסקופיית מנהור (STM).
המיקרוסקופים האלקטרוניים הראשונים שהומצאו היו מיקרוסקופים אלקטרוניים להולכה. ב- TEM, קרן אלקטרונים במתח גבוה מועברת בחלקה דרך דגימה דקה מאוד ויוצרת תמונה על צלחת צילום, חיישן או מסך ניאון. הדימוי שנוצר הוא דו ממדי ושחור לבן, דומה לתמונה צילום רנטגן. היתרון בטכניקה הוא בכך שהיא מסוגלת להגדלה ורזולוציה גבוהה מאוד (בערך סדר גודל טוב יותר מ- SEM). החיסרון העיקרי הוא שהוא עובד בצורה הטובה ביותר עם דגימות דקות מאוד.
בסריקת מיקרוסקופיית אלקטרונים, קרן האלקטרונים נסרקת על פני הדגימה בתבנית רסטר. התמונה נוצרת על ידי אלקטרונים משניים הנפלטים מהשטח כאשר הם נרגשים מקרן האלקטרונים. הגלאי ממפה את אותות האלקטרונים ויוצר תמונה המציגה את עומק השדה בנוסף למבנה השטח. בעוד שהרזולוציה נמוכה מזו של TEM, SEM מציעה שני יתרונות גדולים. ראשית, הוא יוצר תמונה תלת ממדית של דגימה. שנית, ניתן להשתמש בו על דגימות עבות יותר, מכיוון שרק השטח נסרק.
בשני TEM וגם ב- SEM, חשוב להבין שהתמונה אינה בהכרח ייצוג מדויק של המדגם. הדגימה עשויה לחוות שינויים עקב הכנתה לדגימה מיקרוסקופ, מחשיפה לוואקום, או מחשיפה לקרן האלקטרונים.
מיקרוסקופ מנהור סריקה (STM) מציג משטחים ברמה האטומית. זהו הסוג היחיד של מיקרוסקופיית אלקטרונים שיכולה לדמיין את הפרט אטומים. הרזולוציה שלו היא בערך 0.1 ננומטר, עם עומק של כ- 0.01 ננומטר. STM ניתן להשתמש לא רק בוואקום, אלא גם באוויר, מים וגזים ונוזלים אחרים. ניתן להשתמש בו לאורך טווח טמפרטורות רחב, כמעט מאפס מוחלט ליותר מ- 1000 מעלות צלזיוס.
STM מבוסס על מנהור קוונטי. קצה מוליך חשמלי מובא קרוב לפני השטח של הדגימה. כאשר מופעל הפרש מתח, אלקטרונים יכולים להתנקב בין הקצה לדגימה. השינוי בזרם של קצה נמדד כאשר הוא נסרק על פני הדגימה ליצירת תמונה. שלא כמו סוגים אחרים של מיקרוסקופיית אלקטרונים, המכשיר זול ובקלות. עם זאת, STM דורש דגימות נקיות במיוחד וזה יכול להיות מסובך לגרום לו לעבוד.