显微技术和显微镜PPT学习教案

1、会计学1一光学显微镜（17世纪）二电子显微镜（1932年，1952年）三扫描隧道显微镜（1981年）第1页/共57页第2页/共57页第3页/共57页轮廓，不能放大和分辨图像的表面细节。第4页/共57页第5页/共57页第6页/共57页射线x射线紫外光红外光微波无线电波10-2 nm 10 nm 102 nm 104 nm 0.1 cm 10cm 103 cm 105 cm可 见 光第7页/共57页n加速电压与电子波长加速电压一般在50-100kv之间第8页/共57页第9页/共57页入射电子束吸收电子二次电子背散射电子俄歇电子特征X射线透射电子透射电子（包含非弹性散射电子）（弹性散射电子）样 品入

2、射电子与样品相互作用后，使样品原子较外层电子（价带或导电电子）电离产生的电子。仅在表面深度5nm-10nm时逸出第10页/共57页反之，则称为电子密度低。第11页/共57页中性粒细胞 （透射电镜）黑白反差结构影像影像较黑称电子密度高反之称电子密度低第12页/共57页电子枪聚光镜物镜中间镜投影镜第13页/共57页第14页/共57页电子枪是电镜的电子发射源，其作用是形成电子束，并控制电子束的发射，获得一高亮度和高稳定度的照明电子光源由阴极灯丝发射的电子，通过栅极上的小孔和电子枪交叉点，即电镜的实际电子源。形成射线电子束，经高电压加速后成为高速电子流奔向聚光镜。电子束在电子枪中是逐级加速的第15页/

3、共57页第16页/共57页n 阳极与栅极为互相背相的两个圆形筒，中间有一个小圆孔，均用不锈钢加工制成。第17页/共57页第18页/共57页一般装置双聚光镜，第一聚光镜为一强透镜，可把电子枪交叉点缩小到1um左右，第二聚光镜为一弱透镜，可以把缩小的光斑放大到数微米并聚焦到样品上第19页/共57页电子源电子轨迹铜导线软铁壳软铁壳焦点第20页/共57页第21页/共57页第22页/共57页第23页/共57页第24页/共57页第25页/共57页由机械泵、油扩散泵或离子泵、联动控制阀门、真空排气管道、空气过滤器和用于真空度指示的真空测量规等组成。第26页/共57页n透射电镜需要两部分电源：一是供给电子枪的

4、高压部分，二是供给电磁透镜的低压稳流部分。n电源的稳定性是电镜性能好坏的一个极为重要的标志。所以，对供电系统的主要要求是产生高稳定的加速电压和各透镜的激磁电流。n近代仪器除了上述电源部分外，尚有自动操作程序控制系统和数据处理的计算机系统。第27页/共57页n由于电子易散射或被物体吸收，故穿透力低，必须制备更薄的超薄切片（通常为50100nm）。第28页/共57页主要包括取材、固定、包埋、切片、染色等步骤超薄切片技术厚度：50100nm1mm3第29页/共57页第30页/共57页第31页/共57页第32页/共57页第33页/共57页一、SEM的成像原理电子枪发出电子束电磁透镜聚焦形成电子探针激发

5、样品产生偏转线圈使得电子束在样品表面逐点逐行扫描二次电子探测器将电子信号转变成为光信号光电倍增管形成二次电子脉冲信号视频放大器形成电压模拟信号在荧光屏显示图像或转换为数字信号输入计算机第34页/共57页第35页/共57页第36页/共57页二次电子探测器的工作原理图二次电子探测器的工作原理图第37页/共57页电磁透镜HITACHI Model S-3000N样品台操作系统CRT电子枪电子探头 样品室第38页/共57页电子光学系统：电子枪、电磁透镜信号检测系统：二次电子探测器、光电倍增管图像显示和数据处理系统：CRT扫描系统：偏转线圈、扫描波发生器真空系统：机械泵、油扩散泵、阀门等电源：高压电源、

6、真空系统电源等第39页/共57页n扫描偏转线圈（电子束偏转器） 随电流波形而产生变化磁场，推动电子束偏转移动，使电子探针在样品上以一定的方式和速度移动n扫描信号发生器 产生扫描脉冲信号，同步提供给镜体和显示器中的扫描线圈第40页/共57页第41页/共57页 SEM TEM 最高分辨率 310nm 0.10.3nm放大率 7200,000 100800,000 加速电压 130kv 20200kv成像原理 二次电子 透射电子样品大小 10mm25mm 1mm3 观察对象 表面形貌 内部结构 制样方法 较易 复杂操作维护 方便 复杂第42页/共57页扫 描 电 镜 照 片 展 示注射针头的扫描电镜

7、照片第43页/共57页扫 描 电 镜 照 片 展 示红血球可以用计算机将黑白照片处理成彩色第44页/共57页放大倍率范围广立体感强第45页/共57页第46页/共57页 量子理论中的隧道效应 极细探针与研究物质作为两个极 隧道电流STM的工作原理的工作原理第47页/共57页STM的工作原理利用量子力学中的隧道效应，在样品与探针之间加一定（1V左右）的电压，当样品与针尖距离非常接近（小于1nm）时，样品和针尖之间将产生隧道电流隧道电流的大小和两极之间的距离呈指数关系第48页/共57页STM的基本装置工作过程：利用探针针尖扫描样品，通过隧道电流获取信息，经计算机处理得到图象。第49页/共57页STM

8、 探针： 金属丝经化学腐蚀，在腐蚀断裂瞬间切断电流，获得尖峰，曲率半径为10nm左右。STM 针尖STM的基本装置第50页/共57页扫描器检测电路输出样品运动轨迹STM的扫描模式特点：扫描速度快，噪音减少，但不能用于 观察表面起伏大于1nm 的样品。（1）恒高测量模式：探针以不变高度在样品表面扫描，隧道电流随试件表面起伏而变化，从而得到样品表面形貌信息。第51页/共57页STM的扫描模式样品输出运动轨迹驱动电路扫描器检测电路控制器（2）恒电流测量模式：探针在样品表面扫描，使用反馈电路驱动探针，使探针与样品表面之间距离（隧道间隙）不变。此时探针移动直接描绘了样品表面形貌。特点：此种测量模式隧道电流对隧道间隙的敏感性转移到反馈电路驱动电压与位移之间的关系上，避免了非线性，提高了测量精度和测量范围。适用于观察表面形貌起伏较大的样品。第52页/共57页STM的性能特点 原子高分辨率 实际空间测量 适应性强 可操作原子位移 可进行单层局部研究 局限性第53页/共57页STM的实际应用STM