透射電子顯微鏡襯度與樣品特性關(guān)系

1、透射電子顯微鏡襯度與樣品特性關(guān)系肖國(guó)敏 20085029 生醫(yī)1班0 透射電鏡成像原理 透射電鏡的成象原理是由照明部分提供的有一定孔徑角和強(qiáng)度的電子束平行地投影到處于物鏡物平面處的樣品上，通過樣品和物鏡的電子束在物鏡后焦面上形成衍射振幅極大值，即第一幅衍射譜。這些衍射束在物鏡的象平面上相互干涉形成第一幅反映試樣為微區(qū)特征的電子圖象。通過聚焦（調(diào)節(jié)物鏡激磁電流），使物鏡的象平面與中間鏡的物平面相一致，中間鏡的象平面與投影鏡的物平面相一致，投影鏡的象平面與熒光屏相一致，這樣在熒光屏上就察觀到一幅經(jīng)物鏡、中間鏡和投影鏡放大后有一定襯度和放大倍數(shù)的電子圖象。由于試樣各微區(qū)的厚度、原子序數(shù)、晶體結(jié)構(gòu)或晶

2、體取向不同，通過試樣和物鏡的電子束強(qiáng)度產(chǎn)生差異，因而在熒光屏上顯現(xiàn)出由暗亮差別所反映出的試樣微區(qū)特征的顯微電子圖象。電子圖象的放大倍數(shù)為物鏡、中間鏡和投影鏡的放大倍數(shù)之乘積，即MM。MrMp.1 襯度概念 襯度是圖象上不同區(qū)域間明暗程度的差別。由于圖像上不同區(qū)域間存在明暗程度的差別即襯度的存在，才使得我們能觀察到各種具體的圖像。只有了解像襯度的形成機(jī)理，才能對(duì)各種具體的圖像給予正確解釋，這是進(jìn)行材料電子顯微分析的前提。 2 襯度與樣品特性的關(guān)系2.1 非晶樣品的象襯度非晶樣品透射電子顯微圖象襯度是由于樣品不同微區(qū)間存在的原子序數(shù)或厚度的差異而形成的，即質(zhì)量厚度襯度（質(zhì)量厚度定義為試樣下表面單位

3、面積以上柱體中的質(zhì)量），也叫質(zhì)厚襯度。質(zhì)厚襯度適用于對(duì)復(fù)型膜試樣電子圖象作出解釋。質(zhì)量厚度數(shù)值較大的，對(duì)電子的吸收散射作用強(qiáng)，使電子散射到光欄以外的要多，對(duì)應(yīng)較安的襯度。質(zhì)量厚度數(shù)值小的，對(duì)應(yīng)較亮的襯度。2.2 晶體樣品的衍射襯度及形成原理對(duì)于晶體薄膜樣品而言，厚度大致均勻，原子序數(shù)也無差別，因此，不可能利用質(zhì)厚襯度來獲得圖象反差，這樣，晶體薄膜樣品成像是利用衍射襯度成像，簡(jiǎn)稱“衍射襯度” 由樣品各處衍射束強(qiáng)度的差異形成的襯度稱為衍射襯度。或是由樣品各處滿足布拉格條件程度的差異造成的。 設(shè)薄膜有A、B兩晶粒.B晶粒內(nèi)的某(hkl)晶面嚴(yán)格滿足Bragg條件，或B晶粒內(nèi)滿足“雙光束條件”，則通過

4、(hkl)衍射使入射強(qiáng)度I0分解為Ihkl和I0-Ihkl兩部分 A晶粒內(nèi)所有晶面與Bragg角相差較大，不能產(chǎn)生衍射。 在物鏡背焦面上的物鏡光闌，將衍射束擋掉，只讓透射束通過光闌孔進(jìn)行成像，此時(shí)，像平面上A和B晶粒的光強(qiáng)度或亮度不同，分別為IAI0 IB I0 - Ihkl B晶粒相對(duì)A晶粒的像襯度為: 2.3相位襯度如果所用試樣厚度小于l00nm，甚至30nm。它是讓多束衍射光束穿過物鏡光闌彼此相干成象，象的可分辨細(xì)節(jié)取決于入射波被試樣散射引起的相位變化和物鏡球差、散焦引起的附加相位差的選擇。它追求的是試樣小原子及其排列狀態(tài)的直接顯示。 透射電鏡的相位襯度上圖所示是薄晶成象的情形。一束單色

5、平行的電子波射入試樣內(nèi)，與試樣內(nèi)原子相互作用，發(fā)生振幅和相位變化。當(dāng)其逸出試樣下表面時(shí)，成為不同于原入射波的透射波和各級(jí)衍射波。由于試樣很薄，衍射波振幅甚小，透射波振幅基本上與入射波振幅相同，非彈性散射可忽略不計(jì)。衍射波與透射波間的相位差為2。如果物鏡沒有象差，且處于正焦?fàn)顟B(tài)，而光闌也足夠大，使透射波與衍射波得以同時(shí)穿過光闌相干。相干結(jié)果產(chǎn)生的合成波其振幅與入射波相同，只是相位位置稍許不同。由于振幅沒變，因而強(qiáng)度不變，所以沒有襯度。要想產(chǎn)生襯度，必須引入一個(gè)附加相位，使所產(chǎn)生的衍射波與透射波處于相等的或相反的相位位置，也就是說， 讓衍射波沿圖X軸向右或向左移動(dòng)2，這樣，透射波與衍射波相干就會(huì)導(dǎo)

6、致振幅增加或減少，從而使象強(qiáng)度發(fā)生變化，相位襯度得到了顯示。 綜上所述，三種襯度的不同形成機(jī)制，反映了電子束與試樣物質(zhì)原子交互作用后離開下表面的電子波，通過物鏡以后，經(jīng)人為地選擇不同操作方式所經(jīng)歷的不同成像過程。在研究工作中，它們相輔相成，互為補(bǔ)充，在不同層次上，為人們提供不同尺寸的結(jié)構(gòu)信息，而不是互相排斥。 2.4位錯(cuò)線襯度產(chǎn)生及其特征由于位錯(cuò)的存在，在位錯(cuò)線附近的某個(gè)范圍內(nèi)點(diǎn)陣將發(fā)生畸變，其應(yīng)力和應(yīng)變場(chǎng)的性質(zhì)均與b直接有關(guān)。不管何種類型的位錯(cuò)，都會(huì)引起在它附近的某些晶面發(fā)生一定程度的局部轉(zhuǎn)動(dòng)，位錯(cuò)線兩邊晶面轉(zhuǎn)動(dòng)方向相反。且離位錯(cuò)線愈遠(yuǎn)，轉(zhuǎn)動(dòng)量愈小，如果采用這些畸變的晶面作為操作反射，則衍射強(qiáng)度將受到影響，從而產(chǎn)生襯度3 總結(jié)成像襯度是顯微鏡的一個(gè)關(guān)鍵問題，所謂襯度，即是像面上相鄰部份間的黑白對(duì)比度或顏色差，人眼對(duì)于0.02 mm以下的亮度差別是很難判定的，對(duì)顏色差別則稍微敏感一些。有些顯微鏡觀察對(duì)象，如生物標(biāo)本，其細(xì)節(jié)間亮度差別甚小，加之顯微鏡系統(tǒng)設(shè)計(jì)制造誤差使其成像