Kính hiển vi điện tử đầu tiên ra đời thuộc loại kính hiển vi điện tử truyền qua (TEM-Transmission Electron Microscope) hoạt động theo nguyên
tắc phóng đại nhờ các thấu kính, tương tự kính hiển vi quang học, điểm khác là ánh sáng được thay thế bằng chùm tia điện tử.
Hình 2.5 là sơ đồ nguyên lý của kính hiển vi điện tử truyền qua [9], khi chụp ảnh hiển vi điện tử. Chiếu một chùm tia điện tử vào mẫu, sau vật kính luôn cho hai ảnh: ảnh hiển vi ở mặt phẳng ảnh của thấu kính (theo qui tắc 1/d +1/d’ = 1/f); ảnh nhiễu xạ ở mặt phảng tiêu diện của thấu kính (theo qui tắc tia song song tập trung về tiêu điểm). Thấu kính điện từ có thể thay đổi tiêu cự (bằng cách thay đổi dòng điện kích thích), nên có thể kích thích tiêu cự của thấu kính sau vật kính để trên màn ảnh có ảnh hiển vi (hoặc ảnh nhiễu xạ) đặt trùng với tiêu diện ảnh của kính phóng 7.
Hình 2.5
Sơ đồ nguyên lý của kính hiển vi điện tử truyền qua khi chụp ảnh hiển vi điện tử
Muốn chụp ảnh nhiễu xạ điện tử, nguyên lý tương tự như trên chỉ khác là kích thích dòng điện để tiêu diện của kính phóng 6 trùng với vật 8 và màn ảnh M.
Ưu điểm quan trọng của hiển vi điện tử truyền qua là có thể điều chỉnh dễ dàng để thấy được cả ảnh hiển vi và ảnh nhiễu xạ của mẫu, nhờ đó mà phối hợp biết được nhiều thông tin về cấu trúc, cách sắp xếp các nguyên tử của mẫu.
Nhược điểm cơ bản của phương pháp này là mẫu nghiên cứu phải được lát cực rất mỏng (dưới 0,1 micromet), nhưng lại phải đủ dày để tồn tại được ở dạng rắn (vài chục đến vài trăm nguyên tử). Như vậy ứng với những điểm trên ảnh hiển vi điện tử truyền qua là những cột nguyên tử trên mẫu có chiều cao bằng chiều dày của màng.
Ảnh hiển vi điện tử truyền qua và nhiễu xạ điện tử của màng mỏng ôxyt vanađi được chụp trên hệ EM-125K của Viện Khoa học Vật liệu, Viện Hàn lâm Khoa học và công nghệ Quốc gia.