대학 교과과정 중 기기분석이라는 과목을 배웠던 학생들은 광학현미경이 아닌 전자현미경이 있다는 것을 들어보셨을 겁니다. 이번 시간에는 대학생 수준으로 여러가지 전자현미경 중 주사전자현미경(SEM)의 원리를 살펴보고 기초적인 전자현미경과 광학현미경의 차이를 알아봅시다.
1. 광학현미경과 전자현미경의 차이
2. 주사전자현미경(SEM)과 투과전자현미경(TEM)
1. 광학현미경과 전자현미경의 차이
기본적인 현미경은 맨눈으로 보기 힘든 작은 물체를 확대하는 관찰 기구입니다. 현미경은 크게 2종류로 나눌 수 있는데 가시광선을 이용하여 물체를 관찰하는 광학현미경, 전자를 이용하여 물체를 관찰하는 전자현미경 이렇게 2가지입니다. 우선 광학현미경이 물체의 상을 확대하는 원리는 초점거리가 짧은 대물렌즈를 물체 가까이 둬서 얻어진 1차 확대된 상을 접안렌즈로 다시 확대하여 이미지를 얻는 것이다. 이 때 현미경의 배율은 대물렌즈의 배율과 접안렌즈의 배율의 곱으로 계산되며 보통 1000배 정도를 최고 배율로 보고있습니다. 광학현미경은 가시광선 영역대의 빛을 통해 물체를 보기 때문에 회절이 일어나기 때문에 해상도(Resolution)가 떨어지며 해상도를 높이려면 가시광선보다 짧은 파장의 빛을 써야합니다.
고배율에서도 해상도가 떨어지지 않도록 파장대가 훨씬 낮은 전자빔을 이용한 현미경들도 등장하게 되는데 빛을 이용하지 않고 전자를 이용하기 때문에 전자 현미경이라고 불립니다. 전자현미경은 단순히 물체를 보는 것을 넘어서 많은 정보를 볼 수 있는데, 전자를 시료에 쏘면 다양한 전자, 빛 등이 나오는데 이러한 것들로부터 원자의 조성, 표면 성질, 원자번호 등 다양한 정보를 알 수 있습니다. 하지만 고배율을 보는 대신 단점도 존재합니다. 전자는 무게가 가볍기 때문에 공기 중에 있는 수분 등 입자들과 부딪혀서 산란이 일어나기 때문에 고진공에서만 작동 가능하며 빛을 통해 보는 것이 아니기 때문에 흑백 이미지만 얻을 수 있으며 매우 고가의 장비라는 점이 단점으로 작용합니다.
2. 주사전자현미경(SEM)과 투과전자현미경(TEM)
전자현미경은 크게 주사전자현미경(SEM, Scanning Electron Microscope), 투과전자현미경(TEM, Transmission Electron Microscope)으로 분류되며 두가지 장비 모두 전자를 통해 물체를 본다는 점에서 공통점을 가집니다. 전자원에는 텅스텐, 지르코늄 옥사이드 등 특정 에너지 이상을 주면 전자가 튀어나오는 물질들을 사용하며 튀어나온 전자들은 전자기석으로 이루어진 렌즈를 통해 한점으로 모아지며 물체에 부딪히게 되면 다양한 신호를 감지하게 됩니다.
이중 SEM은 다른 신호를 감지할 수도 있지만 주로 반사 된 전자의 양을 감지하여 이미지를 형성하고 TEM의 경우는 투과된 전자를 감지하여 이미지를 형성한다는 것에 큰 차이를 두고 있습니다. 우선 SEM의 경우는 전자원(일차전자)에서 나온 전자가 물체에 맞고 나오면서 샘플이 가지고 있는 전자(이차전자)가 튕겨져 나갑니다. 이때 굴곡 및 단차가 있으면 맞고 나오는 샘플의 각도에 따라 다른 양의 이차전자가 튕겨져 나오는데 이 전자들을 시간 별로 검출하여 물체의 단차를 파악하는 원리입니다.
TEM의 경우에는 높은 전압으로 가속된 전자를 이용하여 전자가 샘플을 투과시켜 얻어진 정보를 관찰하는 전자현미경입니다. 이러한 전자들은 결정성 물질을 통과하였을 때 특정 각도로 회절을 하기 때문에 TEM에서는 샘플의 형상뿐만이 아니라 결정구조를 파악하기에 용이합니다. 또한 높은 가속전압으로 인해 SEM의 경우보다 더 높은 해상도의 이미지를 얻을 수 있지만, 2D 이미지만 얻을 수 있다는 단점도 존재합니다.
종합적인 정리는 위 표에 정리된거 참조하시면 되고 다음 시간에는 주사전자현미경을 보다 상세히 설명하고 알아보는것으로 마치겠습니다.
긴 글 읽어주셔서 감사합니다.
출처
어서 와~원자 구경은 처음이지? 미시 세계로의 입장권, 전자현미경
어서 와~원자 구경은 처음이지? 미시 세계로의 입장권, 전자현미경 기원전 460년 경 고대 그리스의 철학자 데모크리토스(Democretus)는 만물이 쪼갤 수 없는 작은 입자, 즉 원자로 이루어져있다고 주
www.ibs.re.kr
JEOL Ltd.
JEOL’s information. JEOL is a global leader in TEM, SEM, NMR, MS and other.scientific/medical/semiconductor/industrial instruments.
www.jeol.com
https://allgo77.tistory.com/23
투과전자현미경(TEM) 원리
1. 정의 투과전자현미경 (TEM)은 Transmission Electron Microscope의 약자로 전자선을 사용하여 시료를 투과시킨 전자선을 전자렌즈로 확대하여 관찰하는 전자현미경이다. 전자선을 사용하기 때문에 진공
allgo77.tistory.com
https://ko.gadget-info.com/difference-between-light-microscope
광학 현미경과 전자 현미경의 차이점
Light Microscope와 Electron Microscope의 주요 차이점은 Light Microscope에서 0.2um의 분해능으로 약 1000X 배율의 배율 및 분해능이며, Electron Microscope는 0.5nm 이하의 분해능으로 10,00,000X 배율입니다.
ko.gadget-info.com
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