Kính hiển vi điện tử quét (từ đây gọi là SEM) là một loại kính hiển vi điện tử, nó tạo ra hình ảnh của mẫu bằng cách quét qua mẫu một dòng điện tử. Các điện tử tƣơng tác với các nguyên tử trong mẫu, tạo ra những tín hiệu
khác nhau chứa đựng những thông tin về hình thái cũng nhƣ thành phần của mẫu. Dòng điện tử thƣờng đƣợc quét trong máy raster và vị trí của dòng điện tử kết hợp với các tín hiệu tạo ra hình ảnh. SEM có thể đạt đến độ phân giải 1 nm.
Các loại tín hiệu sinh ra do dòng điện tử quét là điện tử thứ cấp, điện tử tán xạ ngƣợc, tia X đặc trƣng, v.v.. Detector điện tử thứ cấp là phổ biến cho tất cả các loại máy SEM. Rất ít máy có detector dùng cho tất cả các tín hiệu. Trong đa số các trƣờng hợp, tín hiệu từ điện tử thứ cấphay SEM cho hình ảnh với độ phân giải cao và bộc lộ ra những chi tiết trên bề mặt có thể lên đến 1 nm. Do dòng điện tử hẹp, ảnh SEM có độ sâu của trƣờng lớn tạo ra bề mặt ba chiều rõ ràng rất hữu ích cho việc nghiên cứu bề mặt vật liệu.
2.2.3. Chụp ảnh hiển vi điện tử truyền qua (TEM)
Hiển vi điện tử truyền qua là một kỹ thuật hiển vi trong đó dòng điện tử đi xuyên qua một màng mỏng của mẫu đo và tƣơng tác với nó. Một hình ảnh đƣợc tạo thành từ sự tƣơng tác của điện tử đi xuyên qua mẫu đo, hình ảnh này đƣợc phóng đại và tập trung lên một thiết bị nhận ảnh nhƣ là màn hình huỳnh quang hay lớp phim.[91]
Về mặt lý thuyết, độ phân giải cực đại d nhận đƣợc bởi ánh sáng bị giới hạn bởi bƣớc sóng của các photon mà đƣợc dùng để quan sát mẫu
2 sin d n (2.3)
Vào đầu thế kỷ XX, các nhà khoa học đã cố gắng giải quyết giới hạn độ phân giải của kính hiển vi do dùng ánh sáng khả kiến với bƣớc sóng tƣơng đối lớn (400- 700 nm) bằng cách dùng chùm điện tử. Theo lý thuyết Broglie, các điện tử vừa có tính chất sóng vừa có tính chất hạt. Điều này có nghĩa là chùm điện tử có thể đóng vai trò nhƣ là chùm bức xạ điện từ. Bƣớc sóng của điện tử liên hệ với động năng thông qua phƣơng trình Broglie
0 2 0 2 (1 ) o h E m E m c (2.4)
Trong đó, h là hằng số Plank, mOlà khối lƣợng tịnh của điện tử và E là năng lƣợng của electron đƣợc tăng tốc.
Các điện tử đƣợc tạo ra từ sự phát xạ ion nhiệt từ một dây tóc làm bằng tungsten đƣợc tăng tốc bằng một điện trƣờng. Các điện tử khi đi qua mẫu chứa đựng những thông tin về mật độ điện tử, pha cấu trúc tinh thể, dòng điện tử này dùng để tạo hình ảnh.