A szokásos típusú mikroszkóp, amelyet egy osztályteremben vagy tudományos laboratóriumban találhat, egy optikai mikroszkóp. Az optikai mikroszkóp fényt használ 2000 x kétszeresére (általában sokkal kevesebb), körülbelül 200 nanométer felbontással. Ezzel szemben az elektronmikroszkóp a kép létrehozásához nem elektron, hanem fénynyalábot használ. Az elektronmikroszkóp nagyítása akár 10 000 000x is lehet, 50 pikométer (0,05 nanométer) felbontással.
Az elektronmikroszkóp optikai mikroszkóppal szembeni alkalmazásának előnyei sokkal nagyobb nagyítás és felbontóképesség. A hátrányok között szerepel a berendezés költsége és mérete, a minták mikroszkópos készítéséhez és a mikroszkóp használatához szükséges speciális képzés követelménye, valamint a minták megtekintésének szükségessége. vákuumban (bár néhány hidratált minta is használható).
Az elektronmikroszkóp működésének megértése a legegyszerűbb módszer, ha összehasonlítjuk egy szokásos fénymikroszkóppal. Egy optikai mikroszkópban átnéz egy okuláron és lencsén, hogy megnézze a minta nagyított képét. Az optikai mikroszkóp beállítása mintából, lencsékből, fényforrásból és egy látható képből áll.
Elektronmikroszkóppal egy elektronnyaláb veszi át a fénysugár helyét. A mintát speciálisan elő kell készíteni, hogy az elektronok kölcsönhatásba lépjenek vele. A mintakamrán belüli levegőt vákuum kialakítása céljából kiszivattyúzzák, mivel az elektronok nem haladnak messze a gázban. Lencsék helyett elektromágneses tekercsek fókuszálják az elektronnyalábot. Az elektromágnesek ugyanúgy hajlítják az elektronnyalábot, mint a lencsék a fényt. A képet készítette elektronok, tehát akár fénykép készítésével (elektronmikroszkópos képet), akár a mintát egy monitoron keresztül tekintve lehet megtekinteni.
Az elektronmikroszkópia három fő típusa van, amelyek a kép kialakulásának, a minta előkészítésének és a kép felbontásának függvényében különböznek. Ezek transzmissziós elektronmikroszkópia (TEM), pásztázó elektronmikroszkópia (SEM) és pásztázó alagútmikroszkópia (STM).
Az első feltalált elektronmikroszkópok transzmissziós elektronmikroszkópok voltak. A TEM-ben a nagyfeszültségű elektronnyaláb egy nagyon vékony mintán keresztül részben továbbítódik, hogy képet képezzen egy fényképészeti táblán, érzékelőn vagy fluoreszcens képernyőn. A kialakult kép kétdimenziós és fekete-fehér, olyan, mint egy röntgen. A technika előnye, hogy nagyon nagy nagyításra és felbontásra képes (körülbelül nagyságrenddel jobb, mint a SEM). A legfontosabb hátrány az, hogy nagyon vékony mintákkal működik a legjobban.
A pásztázó elektronmikroszkópos vizsgálat során az elektronnyaláb raszteres mintázatban a minta felületén lesz beolvasva. A képet a felületből kibocsátott másodlagos elektronok képezik, amikor az elektronnyaláb gerjeszti őket. Az detektor leképezi az elektronjeleket, képeket képezve, amelyek a felület szerkezetén kívül a mélységélességet is mutatják. Noha a felbontás alacsonyabb, mint a TEM-nél, a SEM két nagy előnyt kínál. Először, ez egy mintának háromdimenziós képet alkot. Másodszor, vastagabb mintákon is használható, mivel csak a felület van letapogatva.
A TEM-ben és a SEM-ben is fontos, hogy észleljük, hogy a kép nem feltétlenül a minta pontos ábrázolása. A minta előkészítése miatt változások tapasztalhatók mikroszkóp, vákuum vagy elektronikus sugár hatásának kitéve.
Pásztázó alagútmikroszkóp (STM) a felületeket atomszinten képezi. Ez az egyetlen elektronmikroszkópia, amely képes az egyéni képet ábrázolni atomok. Felbontása körülbelül 0,1 nanométer, mélysége körülbelül 0,01 nanométer. Az STM nem csak vákuumban, hanem a levegőben, a vízben és más gázokban és folyadékokban is használható. Széles hőmérsékleti tartományban, az abszolút nullától az 1000 ° C-ot meghaladó hőmérsékleten használható.
Az STM kvantum-alagúton alapul. Elektromos vezető csúcsot hozunk a minta felületéhez. Ha feszültségkülönbséget alkalmaznak, az elektronok átjárhatnak a hegy és a minta között. A csúcs áramában bekövetkező változást úgy mérik, amikor azt a mintába szkennelik egy kép létrehozásához. Más típusú elektronmikroszkópiával ellentétben a műszer megfizethető és könnyen elkészíthető. Az STM azonban rendkívül tiszta mintákat igényel, és bonyolult lehet a működésbe hozni.