透射电子显微镜结构ppt课件

1、第二章透射电子显微镜构造一、照明系统电子光学系统二、成像系统三、样品台四、真空系统五、稳压系统透射电子显微镜概述 1 透射电子显微镜 (TEM简称透镜)是以波长极短(10-2 )的电子束作为照明源，用电磁透镜聚焦成像的一种高分辨身手、高放大倍数的电子光学仪器。它由电子光学系统(镜筒)，电源和控制系统(包括电子枪高压电源，透镜电源，控制线路电源等)和真空系统等部分组成。光 路：镜筒是显微镜放大成像的中心部分，它的光路原理与透射型式的光学显微镜非常类似，如下图。本章主要引见各部分的作用原理。 透镜常用热阴极电子枪来获得电子束作为照明源。热阴极(如加热发夹形钨丝)发射的电子在阳极加速电压的作用下，高

2、速地穿过阳极孔，被聚光镜会聚成很细的电子束照明样品。由于电子穿透才干很弱，样品要求做得很薄，如20OO左右甚至10OO。透过样品的电子束强度取决于样品微区的厚度、平均原子序数、晶体构造或位向的差别，经过物镜聚焦放大在其像平面上构成一幅反映样品微观特征的高分辨的透射电子像。然后再经中间镜和投影镜进一步放大，投射到荧光屏上，透射电子的强度分布转换为人眼直接可见的光强度分布，或由照相底片感光记录，从而得到一幅具有一定衬度的高放大倍数的图像。垂直构造：为了确保显微镜的高分辨身手，镜筒要有足够的刚度，普通做成直立积木式构造，顶部是电子枪，接着是聚光镜、样品室、物镜、中间镜和投影镜，最下部是荧光屏和照相安

3、装。这样的构造既便于固定，又利于真空密封。透射电子显微镜概述 2级 别：镜筒的复杂程度主要取决于显微镜的综合性能。简 易透射电子显微镜：(分辨身手劣于50)只需两个透镜。即物镜和投影镜；普 通性能透射电子显微镜(分辨身手20一50)有四个透镜，即单聚光镜、物镜、 中间镜、投影镜和相应的机械式或电磁式对中安装；高性能透射电子显微镜(分辨身手优于10，2)有56个(甚至7个)透镜，即双聚 光镜、物镜、第一及第二中间镜、投影镜和比较完善的机械式或电磁式 对中安装。 图2，3，分别是机械式对中和电磁式对中的透射电子显微镜镜筒剖面图。 目前绝大多数透射电子显微镜都是电磁透镜式的，操作非常方便。只需转动旋

4、钮，就可以方便地改动相应透镜的激磁电流，改动照明电子束强度和照明孔径角;改动放大倍数或聚焦。样品台控制：利用装在镜筒外的样品挪动杆，控制样品在一个准确的平面上平移，以选择不同的视域供察看、记录。高性能透射电子显微镜还配备了精细的倾斜样品台，在察看过程调理薄晶体样品相对于电子束倾斜一定的角度 (最大可达450或600)以获得最正确的衬度以及在不同位向下的有用资料。透射电子显微镜概述 3高真空度：为了确保电子枪电极间电绝缘；防止成像电子在镜筒内受气体分子碰撞而改动运动轨迹，减小样品污染，镜筒内接触电子束的部分均需坚持高真空，普通优于10-510-7(1=1mmHg)高分辨：在现有的各种型式显微镜中

5、，透射电子显微镜性能最高，点分辨身手优于35，晶格分辨身手可达12 ，放大倍数高达数十万倍。而超高分辨身手的透射电子显微镜还能直接显示固体晶格像和构造像，甚至可以用来察看重金属原子像。超高压透镜：六十年代以来由于超高压 (加速电压5003000kV)透射电子显微镜的开展，使可察看样品的厚度提高到微米级，而且还改善了图像的分辨率和衬度，引起了包括金属资料及工艺在内的许多部门的注重。透射电子显微镜构造透射显微镜构造原理和光路 透射电子显微镜 透射光学显微镜 透射电子显微镜日立H-800透射电子显微镜日立H-800U=200KVr0 4.0 M=600,000位错及基体构造相位错及基体构造相位错纳米

6、资料透镜相机一、照明系统电子光学系统 一、照明系统电子光学系统 电子枪：提供稳定的电子照明源 聚光镜二级、有光栏：束斑2m 物镜及偏转线圈(STEM)：束斑8.00.1 m1、电子枪提供稳定的电子照明源提供稳定的电子照明源电子枪表示图电子枪自偏压回路 电子枪自偏压回路 自偏压线路负反响：如下图，给栅极提供比阴极负几百伏至近千伏的偏压。整个电子枪可以看作三极静电透镜。当阴极电位和阴极高度(阴极尖端至栅极孔间隔)一定时电极间的电位分布主要取决于栅极电位，使阴极尖端发射电子的区域限制在100 x150 m。假设由于阴极加热电流或阴极本身的电阻变化导致发射电子束流的变化。自偏压回路将自动地改动栅极的偏

7、压，调整阴极尖端发射电子区城的大小，使电子流的发射趋向稳定的饱和值。第一交叉点：这种三极静电透镜系统对阴极发射的电子束还起着聚焦作用，在阳极孔附近构成一个直径5Om左右的第一交叉点，即通常所说的电子源。 2、聚光镜高性能透射电子显微镜都采用双聚光镜照明系统，如下图。第一聚光镜：强激磁透镜：，减少率为1050倍左右，将电子枪 第一交叉点像减少为1-5m。第二聚光镜：弱激磁透镜，适焦时放大倍数为2倍左右。结果在 样品平面上可获得2-10m的照明电子束斑，在第二聚光镜与物镜之间有足够的空间来安放样品台和其它附件。由于第二聚光镜是弱激磁透镜，像差较大，必需借助于第二聚光镜光阑(典型孔径为100、200

8、、500m)和消像散器来降低球差，消除像散。假设将第二聚光镜散焦可以得到几乎平行的、相千性好的照明电子束，以满足电子衍射和衍衬成像的需求。 聚光镜照明系统 光路3、垂直照明和倾斜照明 垂直照明：即照明电子束轴线与成像系统轴线合轴，适用于明场成像;倾斜照明：即照明电子束轴线与成像系统轴线成一定夹角(普通20-30)，适用于暗场成像。目前新型透射电子显微镜均采用电磁偏转器来调理，如下图。从明场到暗场成像转换迅速而准确。照明中心坚持不变：假设上、下偏转线圈对照明电子束偏转角大小相等，但方向相反，只引起照明电子束平移，平移间隔sh。假设下偏转线圈对电子束的偏转角比上偏转线圈大，例如，那么相对于成像系统

9、来说，照明电子束轴线倾斜了角。 当h1/h2，时，照明中心坚持不变。 电磁偏转器原理 电磁偏转器原理 二、成像系统 透射电子显微镜成像系统普通由三个(组 )透镜， 即物镜、中间镜和投影镜组成。 1、物镜、中间镜和投影镜 2、高放大倍数成像 3、中放大倍数成像 4、低放大倍数成像 成像系统光路 三级高倍成像 三级中倍成像 二级低倍成像 第一级实像中间镜1物镜、中间镜和投影镜物 镜是最关键的，用来构成第一幅高分辨电子像或电子衍射花样的透镜。一台透射电子显微镜分辨身手的高低，主要取决于物镜。由于物镜的任何缺陷都将被成像系统中其它透镜进一步放大。欲获得物镜的高分辨身手必需尽能够降低像差。通常采用强激磁

10、、短焦距(1.5-3mm)的物镜，像差小。还借助于物镜光阑 (典型孔径100、75、50、25m)和消像散器来进一步降低球差、消除像散、提高分辨身手。中间镜是一个弱激磁的长焦距变倍透镜，可以在020倍范围调理。当放大倍数大不1时，用来进一步放大物镜像;当放大倍数小于1时，用来减少物镜像。为了确保成像系统足够高的放大倍数，投影镜应提供尽能够大的放大倍数。它是一个强激磁、短焦距透镜，将中间镜像放大并投射在荧光屏或照相底片上。由于高性能透射电镜的分辨身手提高到了优于2一4的程度，相应的有效放大倍数高达60一100万倍，因此出现了具有两个中间镜、两个投影镜的五级成像系统，以顺应不同放大倍数情况下电子像

11、和电子衍射花样的察看和记录 2、高放大倍数成像 普通情况下，五级透镜成像系统可以获得高达六十万倍左右的电子像。 物镜成像于中间镜之上， 中间镜以物镜像为物，成像于投影镜之上； 投影镜以中间镜像为物，成像于荧光屏或照相底片上，其光路如图a所示。 3、中放大倍数成像 在三级透镜成像系统中，假设适当改动物镜激磁强度，使物镜成像于中间镜之下; 中间镜以物镜像为“虚物，将其构成为减少的实像于投影镜之上; 投影镜以中间镜像为物，成像于荧光屏或照相底片上。结果获得几千至几万倍的电子像，其光路如图b所示。 4、低放大倍数成像Low Mag.方式 处理低倍成像的最简便方法是减少透镜的数目或放大倍数。 例如封锁物镜，减弱中间镜激磁强度，使中间镜起着长焦距物镜的作用，成像于投影镜之上。 投影镜以中间镜像为物，成像于荧光屏上，获得100300倍、视域较大的图像，为选择、确定高倍察看区域提供方便。三、样品台透射电子显微镜样品既小又薄，外径3mm1、真实样品2、铜网支持的复型3、粉末、粒子需铜网支持如下图。样品台的作用是承载样品，并使样品平移、倾斜、旋转，以选择感兴趣的样品区域域值向进展察看分析。通常需用的铜网有许多网孔(如200目方孔或圆孔)。通常在两个相互垂直方向上样品平移最大