透射电子显微技术

1、 透射电子显微技术透射电子显微技术 -工作原理工作原理电子与物质的作用电子与物质的作用:吸收电子吸收电子 随着入射电子与样品中原子核或核外电子发生非弹性散射次数的增多，其能量和活动能力不断降低以致最后被样品所吸收的电子叫吸收电子。透射电子透射电子 它是入射束的电子透过样品而得到的电子。它仅仅取决于样品微区的成分、厚度、晶体结构及位向等。二次电子二次电子入射电子射到试样上使表面物质发生电离，被激发的电子离开试样表面而形成二次电子，又称为次级电子；二次电子在电场的作用下呈曲线运动翻越障碍进入监测器，因而试样表面凹凸的各种信息都能清晰成像。其强度与试样表面的几何形状等有关，二次电子的能量比较低，一般

2、小于50eV。背散射电子背散射电子 入射电子与试样作用，产生弹性散射或非弹性散射后离开试样表面的电子；背散射电子基本上不受电场的作用而呈直线运动进入监测器，其强度与试样表面形貌和元素组成有关。背散射电子的能量比较高，其约等于入射电子能量E0 。俄歇电子俄歇电子 在入射电子束的作用下，试样中原子某一层电子被激发，其空位由高能级的电子来填充，使低能级的另一个电子电离，这种由于从高能级跃迁而电离逸出试样表面的电子称为俄歇电子；每种元素都有自己的特征俄歇能谱，因此可以利用俄歇电子能谱进行轻元素分析。特征特征X X射线射线 原子的内层电子受到激发之后，外层电子填充到内层上，多余的能量以辐射形式放出，产生

3、特征X射线。各种元素都有自己的特征X射线，可用来进行微区成分分析。 一、透射电子显微镜的成像原理一、透射电子显微镜的成像原理 电子光学原理简述电子光学原理简述 从功能和工作原理上讲:电子显微镜和光学显微镜是相同的。其功能都是将细小物体放大到肉眼可以分辨的程度；工作原理都遵从射线的Abbey成像原理。 AbbeyAbbey成像原理成像原理 1873年，Ernst Abbe在研究如何提高显微镜的分辨率时，提出相干成像的新理论。 将一束单色平行光照射到平面物体ABC上，使整个系统成为相干成像系统。 光波经物体发生Fraunhofer衍射，在透镜后焦面上形成物的衍射花样。 透镜后焦面上所有点作为新的次

4、波源发出相干的球面次波在像平面上相干叠加给出物体的像。 阿贝成像理论阿贝成像理论:（Abbe theory of image formation） 成像原理与光学显微镜类似。 它们的根本不同点在于光学显微镜以可见光作照明束，透射电子显微镜则以电子为照明束。在光学显微镜中将可见光聚焦成像的是玻璃透镜，在电子显微镜中相应的为磁透镜。 由于电子波长极短，同时与物质作用遵从布拉格（Bragg）方程，产生衍射现象，使得透射电镜自身在具有高的像分辨本领的同时兼有结构分析的功能。 透射电镜的工作原理透射电镜的工作原理二二. . 主要部件的结构与工作原理主要部件的结构与工作原理 (一一) 样品平移与倾斜装置（

5、样品台样品平移与倾斜装置（样品台Specimen Holders ） u电镜样品小而薄，通电镜样品小而薄，通常用常用外径外径3mm的样品的样品铜网铜网支持，支持，网孔或方网孔或方或或圆圆，约，约0.075mm。 u样品台的作用样品台的作用是是承载样品承载样品，并使，并使样品在物镜极靴孔内平移、样品在物镜极靴孔内平移、倾斜、旋转倾斜、旋转，以选择感兴趣的样品区域或位向进行观察分析。，以选择感兴趣的样品区域或位向进行观察分析。平移是样品台的基本动作，平移是样品台的基本动作，平移最大值平移最大值 1mm。u倾斜装置用的最普遍的是倾斜装置用的最普遍的是“侧插侧插”式倾斜装置式倾斜装置 u双倾台是最常用

6、的，沿双倾台是最常用的，沿X和和Y轴倾转轴倾转 45度。度。u样品台的倾斜和旋转装置可以进行三维立体分析，样品台的倾斜和旋转装置可以进行三维立体分析，测定晶体的位向、测定晶体的位向、相变时的惯习面以及析出相的方位等相变时的惯习面以及析出相的方位等。 有的样品杆有的样品杆本身还带有本身还带有使使样品倾斜或原样品倾斜或原位旋转的装置位旋转的装置。这些样品杆和这些样品杆和倾斜样品台组倾斜样品台组合在一起成为合在一起成为侧插式双倾样侧插式双倾样品台品台和和单倾旋单倾旋转样品台转样品台。( (二二) ) 电子束倾斜与平移装置电子束倾斜与平移装置 新式电镜都带有新式电镜都带有电磁偏转器，电磁偏转器，使入射

7、使入射电子束平移和倾转电子束平移和倾转，其原理见图，上、下其原理见图，上、下两线圈联动的。利用两线圈联动的。利用电子束原位倾斜可以电子束原位倾斜可以进行中心暗场成像操进行中心暗场成像操作。作。 电子束平移和倾斜的原理图电子束平移和倾斜的原理图（a） 平移平移 （b） 倾斜倾斜 ( (三三) ) 消像散器（消像散器（StigmatorsStigmators） u作用作用：消除或减小透镜磁场的非轴对称性，把固有的椭圆：消除或减小透镜磁场的非轴对称性，把固有的椭圆形磁场校正成旋转对称磁场的装置。形磁场校正成旋转对称磁场的装置。u消像散器分为两类消像散器分为两类：机械式；电磁式。：机械式；电磁式。l

8、机械式机械式：电磁透镜的磁场周围放置几块位置可以调节的：电磁透镜的磁场周围放置几块位置可以调节的导磁体来吸引部分磁场。导磁体来吸引部分磁场。l电磁式电磁式：通过电磁极间的吸引和排斥来校正磁场，：通过电磁极间的吸引和排斥来校正磁场，如图如图所所示，两组四对电磁体排列在透镜磁场外围，每对电磁体同极示，两组四对电磁体排列在透镜磁场外围，每对电磁体同极相对安置。通过改变两组电磁体的励磁强度和磁场的方向实相对安置。通过改变两组电磁体的励磁强度和磁场的方向实现校正磁场。现校正磁场。u消像散器一般安装在透镜的上、下极靴之间消像散器一般安装在透镜的上、下极靴之间(四四) 光阑光阑（Diaphragm hold

9、ers and choice of diaphragmsDiaphragm holders and choice of diaphragms） u透射电镜有透射电镜有三种主要光阑三种主要光阑（ Types of diaphragms Types of diaphragms ）l聚光镜光阑聚光镜光阑（ Condenser lens holderCondenser lens holder）l物镜光阑物镜光阑（ Objective lens holdersObjective lens holders）l选区光阑选区光阑（ Diffraction lens holdersDiffraction len

10、s holders）u由由光阑架和光阑孔光阑架和光阑孔组成。组成。1. 聚光镜光阑聚光镜光阑u作用作用：限制照明孔径角。：限制照明孔径角。在双聚光镜系统中，该光阑装在第二聚光镜下方。在双聚光镜系统中，该光阑装在第二聚光镜下方。u光阑孔直径：光阑孔直径：20-400um，一般分析用时光阑孔直径用，一般分析用时光阑孔直径用200-300um，作微，作微束分析时，采用小孔径光阑。束分析时，采用小孔径光阑。2. 物镜光阑物镜光阑u也称衬度光阑，安装于物镜后焦面。光阑孔径也称衬度光阑，安装于物镜后焦面。光阑孔径20-120umu功能与作用：提高像衬度；减小孔径角，从而减小像差；进行暗场成像；功能与作用：提高像衬度；减小孔径角，从而减小像差；进行暗场成像；3. 选区光阑选区光阑u为了分析样品上的微区，应在样品上放置光阑来限定微区，为了分析样品上的微区，应在样品上放置光阑来限定微区，对该微区进行衍射分析叫做选区衍射。该光阑是对该微区进行衍射分析叫做选区衍射。该光阑是选区光阑选区光阑，也称限场光阑或视场光阑。也称限场光阑或视场光阑。u因为要分析的微区很小，一般数微米量级，要做这样小的因为要分析的微区很小，一般数微米量级，要做这样小的光阑孔在技术上有难度，也很容易污染，光阑孔在技术上有难度，也