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II.4 Classification des grandes familles de microscopes électroniques

On peut classer les microscopes électroniques en plusieurs catégories suivant les critères choisis. Le premier concerne la géomètrie de l'échantillon. S'il s'agit d'un échantillon massif, on s'intéresse à des signaux issus de sa surface dans une géométrie en réflexion. L'autre solution consiste à étudier des échantillons préparés sous forme de lames minces et il s'agit alors d'une microscopie en transmission (voir tableau II.2).

Nature de l'échantillon

Type de microscope

Origine de l'information

Massif

Réflexion

Surface ou faible profondeur

Lame mince

Transmission

Intégée sur l'épaisseur

Tableau II.2

La seconde classification est de type instrumental (voir tableau II.3).. On y distingue, selon les types d'images, les microscopes conventionnels, dont la conception dérive naturellement de celle des microscopes photoniques, et les microscopes à balayage dont l'origine s'inspire des systèmes de télévision. Dans le premier cas, on éclaire avec une famille de lentilles condenseurs une zone relativement étendue de l'échantillon et un système optique composé de plusieurs lentilles après l'échantillon (lentilles objectif, intermédiaire, projectif) en donne une image agrandie ou un cliché de diffraction. Dans le second cas un système d'éclairement focalise une sonde primaire en une sonde incidente sur l'échantillon et il n'existe pas d'optique après l'échantillon. C'est un jeu approprié de détecteurs et spectromètres (pour l'analyse) qui recueille les différents signaux consécutifs à l'interaction. L'image est obtenue au moyen d'un dispositif de balayage séquentiel de la sonde et d'une visualisation synchronisée des divers signaux recueillis.

Microscopie conventionnelle

Microscopie à balayage

Faisceau fixe

+

optique après l'échantillon

Faisceau mobile (sonde)

Optique focalisante d'éclairement

+

Détecteurs appropriés

Images globales

ou

diffractions

Images par balayage

ou

analyses locales

Tableau II.3

            En associant ces deux types de classification, on aboutit à quatre grandes familles de microscopes électroniques:

  1. MET (Microscopie conventionnelle à transmission), ou CEM ou CTEM
  2. MER (Microscopie conventionnelle à réflexion) ou REM
  3. MEB (Microscopie à balayage en réflexion) ou SEM
  4. MEBT (Microscopie à balayage en transmission) ou STEM [2]

Parmi ces quatre catégories seules sont pratiquement utilisées aujourd'hui les catégories 1, 2 et 4 que nous allons discuter de façon détaillée dans les chapitres qui suivent. Signalons que pour associer les avantages des deux modes  (Conventionnel et Balayage) pour l'étude en transmission des lames minces, il est apparu au cours des dernières années des optiques hybrides TEM/STEM qui associent les deux modes de fonctionnement sur le même instrument. Ceci n'a été rendu possible qu'au prix d'une complexité accrue de la colonne dans laquelle ont été introduites quelques lentilles supplémentaires.

En ce qui concerne la tension d'accélération usuelle, elle est de 10 à 30 kV pour les microscopes MEB, de 100 à 400 kV pour les microscopes MET (et de 100kV pour les microscopes MEBT). Les raisons du choix de ces tensions de fonctionnement seront explicitées ultérieurement quand on se penchera sur la compréhension des images (chapitre V).


[2] Les sigles anglais correspondent à :

  1. CEM (CTEM) : Conventional (Transmission) Electron Microscope.
  2. REM : Reflexion (Conventional) Electron Microscope.
  3. SEM : Scanning (Reflexion) Electron Microscope.
  4. STEM : Scanning Transmission Electron Microscope.