电子显微镜课件

1、第六章电子显微术，电子显微技术，扫描电子显微术图像形成，处理和显微分析，朱毅，透射电子显微术黄小颖，参考书目：选区电子衍射(SAED)，1，学习与交流PPT，电子光学，电子与固体物质的基本相互作用，透射电子显微术，扫描电子显微术，电子探针x射线显微术，电子显微术的应用，其他显微分析方法，透射电子显微术，场发射扫描电子显微术，电子探针x射线显微分析，2， 学习与交流PPT，案例1，图6-1多孔玻璃的扫描电镜照片，3，学习与交流PPT，4，学习与交流PPT，5，学习与交流PPT，6，学习与交流PPT，7，学习与交流PPT，案例2，图6-2 Pzt单晶颗粒的扫描电镜照片，8，学习与交流PPT，案例3

2、，图6-3 Yb : YAG陶瓷横截面(包括孔隙)的扫描电镜照片，9，学习与交流PPT，10，学习与交流PPT 图6-4胶片对比图像(a)明场图像(b)暗场图像，12，学习交替PPT，情况5，图6-5金的一维晶格条纹图像，图6-6包头钛酸钒矿物的(001)结构图像，13，学习交替PPT，情况6，图6-8纳米粉末的电子衍射图，图6。电子显微镜分析的特征是什么？1.电子显微分析是利用聚焦电子束与样品物质相互作用产生的各种物理信号来分析样品物质的微区形貌、微观结构、晶体结构和化学成分。透射电子显微镜(TEM)，扫描电子显微镜(SEM)，电子探针显微分析(EPMA)，简介，16，学会交换PPT，2，电

3、子显微分析的应用，可用于研究物质的微区形态，微观结构，晶体结构和化学组成，17，学会交换PPT，3，电子显微分析的特点，高分辨率：0.20.3纳米(线分辨率)高倍放大：15倍1百万倍(200万倍)，并且连续可调；这是一种微区选择性分析方法：可以在纳米尺度上分析晶体结构和化学成分；多功能综合分析：形态、结构(微结构、晶体结构)和成分。电子光学是一门研究带电粒子(电子和离子)在电场和磁场中运动的科学，尤其是电场和磁场中的偏转、聚焦和成像规律。本课程涉及的电子光学仅限于电子显微镜等仪器中电子的运动规律，并研究各种形式的对称电、磁和电子运动轨迹。2.1电子光学基础，静电透镜，磁透镜，19，学习交流相移

4、技术，电子显微镜中电子的分辨率和波动特性及波长，电子在电磁场中的运动，电磁透镜的像差和理论分辨率，电磁透镜的景深和焦深，20，学习交流相移技术，电子显微镜中电子光学系统的附加限制，所涉及的电场和磁场与时间无关，处于真空中，即真空中的静电场；电场中没有自由空间电荷或电流分布，即忽略了电子束本身的空间电荷和电流分布；入射电子束的轨迹必须满足离轴条件：(6-2)表示电子轨迹相对于旋转对称轴的斜率很小，即张角很小，一般为10-210-3弧度。通过学习电子光学和几何光学之间的相似性，电子运动轨迹被认为是基于几何光学建模的光线，其可以由几何光学参数(例如焦点和焦距等)来表征。)。在几何光学中，光传播介质的

5、旋转对称平面(如球面)被用作折射平面。在电子光学电子显微镜成像系统中，旋转对称电场和磁场的等势面被用作折射面。几何光学，光学透镜，电子光学，电场，磁场，22。学习交流PPT，显微镜的分辨率是多少(分辨率，分辨率)，它与这些因素有什么关系？问题6-2，23，“学会交流”，PPT，1。分辨率和电子显微镜，分辨率：光学系统的能力阿贝公式：R分辨率与可见光成正比：取=600纳米r=200nm纳米电子束：=0.03880.00087纳米R=0.1纳米，(6-3)，R小，分辨率更高，24，学习交流PPT，电子的波动性质是什么？什么决定了电子的波长？问题6-3，25，“学会交流”，PPT，2。电子的波动性质

6、和波长。电子的波动性质德布罗意波1924年，德布罗意提出了运动的微观粒子(如中子、电子、离子等)的假设。)也有波粒二象性。粒子性质，挥发性，26，学习交流PPT，2。电子波长，当初始速度为0的电子从0电位移动到V电位时，电子的移动速度为：(或0.1 nm) (6-9)，(6-7)，当c为m=m0时，电子的波长与加速电压V的平方根成反比。当V=100千伏=0.0037纳米(引入相对论修正)时，引入相对论修正，27，学习交流PPT，并与X射线进行比较：X射线：=0.050.25纳米，电子波它们在电子显微镜的什么地方使用？29，学习交流PPT，3。电子在电磁场和电磁透镜中的运动。静电场中电子的加速和

7、折射当电子运动的方向与电场方向不在一条直线上时，电场力的作用不仅改变了电子运动的能量，而且改变了电子运动的方向。相当于折射率。30，学习交流PPT，2。静电透镜、静电透镜：一定形状的等电位曲面族可以使电子束聚焦和成像，而产生这种旋转对称等电位曲面族的电极装置是静电透镜。具有一定形状的光学介质界面(如玻璃凸透镜旋转对称弯曲折射界面)可以使光聚焦成像相似。两极三极，31，学习交流PPT，6，32，学习交流PPT，而静电透镜永远是会聚透镜；强电场导致镜筒中的击穿和电弧放电。因此，电场强度不能太高，静电透镜焦距长，不能很好地校正球面像差；静电透镜在电子枪中用来会聚和成形电子束。33，学习交流PPT，3

8、。当电子在磁场中运动时，它们受到磁场洛伦兹力的影响：(左手定则)有三种情况，电子在磁场中受力和运动：平行：电子不受磁场的影响；垂直：电子在垂直于磁场的平面上做圆周运动；交角：电子的轨迹是一个螺旋。(6-16)，34，学习交流PPT，6，35，学习交流PPT，4。磁透镜，覆盖磁透镜极靴磁透镜的短线圈磁透镜，其旋转对称磁场用于聚焦和成像电子束，以及用于产生这种旋转对称磁场的线圈装置。具有一定形状的光学介质界面(如玻璃凸透镜旋转对称弯曲折射界面)可以使光聚焦成像相似。36，学习交流PPT，37，学习交流PPT，6，38，学习交流PPT，6，39，学习交流PPT，6，40，学习交流PPT，特点：与静电

9、镜头相比，焦距短，聚焦能力强。用途：磁性透镜用于电子显微镜中聚焦和成像电子束。41，学习交流PPT，5。磁透镜和光学透镜相比，磁透镜可以旋转电子，获得的电子光学图像相对于物体旋转一个角度。6，42，学习交流PPT，磁透镜是一种可变焦距和可变放大率的透镜，它与。磁透镜具有大景深(2002000纳米)和长焦深(80厘米)，(6-20)，43。学习交流PPT。第四，电磁透镜的像差和理论分辨率。旋转对称磁场可以使电子束聚焦成像，但为了获得类似物体几何形状的清晰图像，必须满足以下先决条件：磁场的分布是严格轴对称的；满足近轴条件；电子具有相同的波长(速度)和相同的折射率。44，学习交流PPT，主像差：球面

10、像差轴上的像散失真，实际的电磁透镜不能完全满足上述条件，并且电子束从物体表面的一点散射结果：图像模糊；图像和物体的几何形状并不完全相似。失常，45，学习交流PPT，1。球面像差和正球面像差。远轴区域的会聚能力大于近轴区域的会聚能力。远轴区负球差的会聚能力小于近轴区。球面像差由于电磁透镜磁场的近轴区和远轴区的会聚能力不同，电子束不一定会聚在一点。46，学会交流PPT，(6-21)，最小球面像差的色散圆：在某一位置可以得到最小的色散圆。透镜的球面像差系数。等式(6-21)表明，色散圆的半径与透镜的放大率m和透镜孔径半角的三次方成正比。最小色散圆的半径为：球面像差是电子显微镜中最重要的像差之一，它往

11、往决定着显微镜的分辨率。学习交流PPT，2色差色差由于电磁透镜磁场对不同波长电子的会聚能力不同，电子束不一定会聚在一点。48、学习交流PPT、(6-23)、电子束波长(能量)变化的原因：加速电压不稳定，导致电子束能量波动。有些电子是非弹性散射一次或多次。色散圆的最小半径：Cc透镜的色差系数。减少色差的方法：减少样品厚度，学习交流PPT，3 .轴上散光原因：极靴材料不均匀、加工精度、装配误差、污染等。轴上像散是由透镜磁场不是理想的旋转对称磁场这一事实引起的像差。轴上像散可视为近似双对称场。50，学习交流PPT，最小弥散圆半径：是散光引起的最大焦距差。同轴散光会影响电子显微镜的分辨率。电子显微镜中有一个散光装置，可以将散光矫正到允许的程度。51，学习交流PPT，4。畸变，正球面像差：远轴区域的电细光束会聚能力大于近轴区域。负球面像差：桶形失真。磁性旋转角度：旋转扭曲，52。学习交流PPT，5。电磁透镜的分辨力受衍射效应、球面像差、色差、轴向像散等因素的影响。其中，衍射效应和球面像差是最重要的。当仅考虑衍射效应和球差时，电磁透镜的理论分辨力为常数，约为0.40.5，这取决于推导电磁透镜的理论分辨力为0.2nm时的不同假设。以高压电子束为照明源，低球差透镜，理论上可达0.1nm。(6-25)，理论分辨率，球面像差系数，53，学习交流相移技术，5