电子显微3-透射电子显微镜的结构

1、电子显微分析透射电子显微镜的结构TEM概述分辨率高放大倍数高照明源为聚焦电子束成像信号为透射电子试样为薄膜（几十到几百nm）工作原理： 聚焦电子束作照明光源：电子枪产生的电子束，经1-2级聚光镜会聚后，均匀地照射试样上的某一待观察的微小区域上。 透射电子作为成像信号：电子束与试样作用，试样很薄透射电子其强度分布与试样的形貌、组成、结构对应。 透射出的电子经一系列透镜放大投射到荧光屏上。 荧光屏把电子强度分布转变为可见光强度分布图像 （阴极射线发光过程）工作过程概括：工作过程概括： 电子枪发出电子束电子枪发出电子束经会聚透镜经会聚透镜会聚会聚 照射并照射并穿透试样穿透试样 经经物镜物镜成像成像

2、中间镜投影镜中间镜投影镜放大放大 电子显微像电子显微像 ( (屏或底片屏或底片) )透射电镜的结构透射电镜的结构分辨本领高分辨本领高, ,且能够作电子衍射且能够作电子衍射TEM与光学显微镜的比较与光学显微镜的比较电镜光镜射线源电子束可见光介质真空空气透镜磁场玻璃放大倍数几十至几百万倍约1000倍放大作用改变透镜电流或电压变换物镜或目镜最佳分辨率2 2000 操作与制样复杂简单 电子光学成像系 真空系统 电气系统Tecnai F20 型型TEM外观结构说明外观结构说明JEM-2010F型型TEM主体剖面图主体剖面图1.照明部分 发叉式钨丝阴极三级电子枪发叉式钨丝阴极三级电子枪(1) (1) 电子

3、枪电子枪(2) (2) 聚光镜聚光镜(1)(1)电子枪电子枪产生电子束产生电子束 LaB6阴极电子枪阴极电子枪 场发射电子枪场发射电子枪 用于超高压电镜（用于超高压电镜（1000kV1000kV），），亮度大，能量分散性小，有利亮度大，能量分散性小，有利于提高分辨率。于提高分辨率。 发叉式钨丝阴极三级电子枪 相当于阴极(发叉式热钨丝) 、栅极(控制极)和阳极组成的静电透镜阴极阴极加负高压（加负高压（-50200KV）阳极阳极接地（接地（0电位）电位）控制栅极控制栅极加比阴极负几百加比阴极负几百几千伏的偏压几千伏的偏压(其电位大小决定了阴极和阳极之间等电位面的分布其电位大小决定了阴极和阳极之间等

4、电位面的分布和形状，从而控制阴极的电子发射电流和形状，从而控制阴极的电子发射电流)电子枪交叉点：电子枪交叉点：由阴极发射的发散电子由阴极发射的发散电子束受到电场径向分量的作用，会聚，通束受到电场径向分量的作用，会聚，通过一过一最小截面最小截面，此处电子密度最高，称，此处电子密度最高，称交叉点，定义为交叉点，定义为电镜的实际电子源。电镜的实际电子源。热阴极电子枪热阴极电子枪物性熔点（）室温电阻()密度（g/cm3）维氏硬度(Gpa)功函数(ev)发射常数(A/cmK)数值271515274.727.22.6629场发射电子枪场发射电子枪场发射电子枪新型材料场发射电子枪新型材料电子枪种类汇总电子枪

5、种类汇总 磁透镜 中级透射电镜单聚光镜 高级透射电镜双聚光镜(2)(2)聚光镜聚光镜将电子束会聚，照射在试样上将电子束会聚，照射在试样上第第I聚光镜聚光镜用短焦距强磁透镜，将电子用短焦距强磁透镜，将电子枪形成的交叉斑枪形成的交叉斑几十至上百倍。几十至上百倍。第第II聚光镜聚光镜用长焦距弱磁透镜，调节孔用长焦距弱磁透镜，调节孔径角和亮度。其与试样间有较大空间，径角和亮度。其与试样间有较大空间，以便放置试样台、测角台及其他附件。以便放置试样台、测角台及其他附件。阴极（接负高压）控制极（比阴极负1001000伏）阳极电子束聚光镜试样图1-11 照明部分示意图作用：作用：挡掉发散的电子，保证电子束的相

6、干性和照挡掉发散的电子，保证电子束的相干性和照射区域。射区域。 聚光镜光阑：聚光镜光阑：限制照明孔径角。限制照明孔径角。 物镜光阑物镜光阑（衬度光阑）（衬度光阑）：安放于物镜后焦面，限制物镜孔径安放于物镜后焦面，限制物镜孔径角，增加图象反差。另：在后焦面套取衍射束斑点成暗场像。角，增加图象反差。另：在后焦面套取衍射束斑点成暗场像。 衍射光阑：衍射光阑：第一中间镜也叫衍射镜。第一中间镜也叫衍射镜。 选区光阑选区光阑（视场光阑）（视场光阑） ：放于物镜像平面位置，限制样品参放于物镜像平面位置，限制样品参与衍射的区域与衍射的区域( (3 3) )聚光镜光阑聚光镜光阑样品台样品台承载样品（铜网）承载样

7、品（铜网）圆圆 孔孔 方方 孔孔 3mm透射电镜观察的是按一定方法制备后置于电镜铜网上的样品。透射电镜观察的是按一定方法制备后置于电镜铜网上的样品。样品台是用来承载样品（铜网）的。样品台是用来承载样品（铜网）的。侧插式样品杆样品台可根据需要使样品倾斜或旋转，样品台还与镜筒外的机械杆相连，可使样品在两个相互垂直的方向平移。 平移、旋转、倾斜平移、旋转、倾斜顶插式：顶插式：上、下极靴间隙较小上、下极靴间隙较小 球差小球差小 分辨本领高分辨本领高 倾斜角度达倾斜角度达20,倾斜过程中观察点的像稍有位移倾斜过程中观察点的像稍有位移侧插式：侧插式：上、下极靴间隙较大上、下极靴间隙较大 球差大球差大 分辨

8、本领差分辨本领差 倾斜角度达倾斜角度达60,倾斜过程中观察点的像不位移倾斜过程中观察点的像不位移特殊用途样品台：加热台、冷却台、拉伸台等特殊用途样品台：加热台、冷却台、拉伸台等2.成像放大系统 物镜 + 12级中间镜 + 12级投影镜o 中级中级透射电镜透射电镜 （三级成像放大系统）（三级成像放大系统） 物镜物镜 + 1级中间境级中间境 + 1级投影镜级投影镜o 高级高级透射电镜透射电镜（多级成像放大系统）（多级成像放大系统） 物镜物镜 + 2级中间境级中间境 + 2级投影镜级投影镜 物镜（磁透镜） 第一级放大镜：形成一次电子图像及电子衍射谱 ，其分辨率对整个成像系统的分辨率影响最大；短焦距、

9、高放大 (100倍)、低像差的强磁透镜。试样放在物镜的前焦面附近，可得到放大倍率高的图象。 中间境（磁透镜）：长焦距、可变倍数(020倍)的弱磁透镜。 投影镜（磁透镜）：将中间镜像进一步放大，并投影到屏或底片上；短焦距、高放大倍数(100倍)的强磁透镜。 成像光路成像光路（a）高放大倍数成像；（）高放大倍数成像；（b）中放大倍数成像；（）中放大倍数成像；（C）低放大倍数成像）低放大倍数成像（a）高放大率（b）衍射（c）低放大率物物镜衍射谱一次象中间镜二次象投影镜 三次象（荧光屏）选区光阑类似于用散光镜来矫正人眼的散光缺陷 消像散器消像散器是产生附加是产生附加弱磁场弱磁场的装置，用来的装置，用来

10、校正校正透镜磁场的透镜磁场的非非对称性对称性，从而消除像散。位置装于物镜下方。，从而消除像散。位置装于物镜下方。 机械式：机械式：安放位置可调导磁体，吸引部分磁场。安放位置可调导磁体，吸引部分磁场。 电磁式：电磁式：外围成对安放电磁体，改变激磁强度和外围成对安放电磁体，改变激磁强度和磁场方向，靠极间吸引和排斥作用校正磁场。磁场方向，靠极间吸引和排斥作用校正磁场。3.图像观察记录部分观察、拍摄经成像放大的电子图像 (1)荧光屏观察（电子强度光强分布，可倾斜和翻起） (2)照像盒记录（荧光屏翻起时，电子束直接照射底片使之感光） (3)望远镜放大5-10倍，观察更小细节和精确聚焦镜筒内：10-410

11、-6Torr（1mmHg）若电子枪中存在气体，会产生气体电离和放电避免炽热阴极灯丝受到氧化而烧断避免电子与气体分子相碰撞而散射及污染样品二、真空系统二、真空系统三、电气系统三、电气系统 电子枪高压稳压电源（恒压）电子枪高压稳压电源（恒压） 磁透镜稳压稳流电源（稳流）磁透镜稳压稳流电源（稳流） 电气控制电路（常规供电）电气控制电路（常规供电） 1. 分辨率：点分辨率： 0.230.25nm 线分辨率： 0.1040.14nm 2. 放大倍数：100倍80万倍 200万倍 （人眼可分辨最小细节0.2mm. 常配长工作距离立体显微镜, 将细节进一步放大）4321SthACr 3. 加速电压：加速电压：指电子枪阳极对阴极的电压，决定电子波波长指电子枪阳极对阴极的电压，决定电子波波长 加速电压高，电子束穿透能力强，可观察厚试样，利于分辨率加速电压高，电子束穿透能力强，可观察厚试样，利于分辨率普通电镜：普通电镜：100200KV； 材料研究工作：材料研究工作：200KV200KV适宜适宜透射电镜的主要性能指标透射电镜的主要性能指标点分辨率： 定义：电子图像上刚能分辨开的相邻两点在试样上的距离。测量方法：在照片上量出两个斑点中心之间的距离，除以图像的放大倍数。 线分辨率指电子图像中能分辨出的最小晶面间距，也称晶格分