材料分析方法 第五章透射電鏡的結(jié)構(gòu)ppt課件

1、第五章第五章 透射電鏡的構(gòu)造透射電鏡的構(gòu)造內(nèi)容提要：內(nèi)容提要： 引引 言言第一節(jié)第一節(jié) 電子光學(xué)根底電子光學(xué)根底第二節(jié)第二節(jié) 透射電鏡的構(gòu)造透射電鏡的構(gòu)造第三節(jié)第三節(jié) 透射電鏡的主要部件透射電鏡的主要部件 引引 言言 電子顯微分析技術(shù)？電子顯微分析技術(shù)？ 就是運用電子顯微鏡和其它電子束儀器來研討微觀世界中就是運用電子顯微鏡和其它電子束儀器來研討微觀世界中的物質(zhì)的組織形狀、構(gòu)造、組成及變化規(guī)律的學(xué)科。的物質(zhì)的組織形狀、構(gòu)造、組成及變化規(guī)律的學(xué)科。第一節(jié)第一節(jié) 電子光學(xué)根底電子光學(xué)根底 一、光學(xué)顯微鏡的分辨率一、光學(xué)顯微鏡的分辨率 二、電子波的波長二、電子波的波長 三、電磁透鏡三、電磁透鏡 四、電

2、磁透鏡的像差及其對分辨率的影響四、電磁透鏡的像差及其對分辨率的影響 五、電磁透鏡的景深與焦長五、電磁透鏡的景深與焦長一、光學(xué)顯微鏡的分辨率一、光學(xué)顯微鏡的分辨率 1 1、光學(xué)透鏡的分辨率、光學(xué)透鏡的分辨率衍射效應(yīng)的影響衍射效應(yīng)的影響 分辨率也稱分辨身手：分辨率也稱分辨身手：指顯微鏡能分辨出來的樣指顯微鏡能分辨出來的樣品上即物面上兩物點品上即物面上兩物點間的最短間隔。間的最短間隔。 一個理想的物點，經(jīng)過透一個理想的物點，經(jīng)過透鏡成像時，由于光的衍射鏡成像時，由于光的衍射效應(yīng)，在像平面上構(gòu)成的效應(yīng)，在像平面上構(gòu)成的并不是一個像點，而是一并不是一個像點，而是一個具有一定尺寸的中央亮個具有一定尺寸的中

3、央亮斑和周圍明暗相間的圓環(huán)斑和周圍明暗相間的圓環(huán)所構(gòu)成的所構(gòu)成的Airy斑。斑。 通常以通常以AiryAiry斑的第一暗環(huán)的半徑斑的第一暗環(huán)的半徑R0R0來衡量來衡量AiryAiry斑的大?。喊叩拇笮。?由瑞利判據(jù)，兩個由瑞利判據(jù)，兩個AiryAiry斑中心間距等于斑中心間距等于AiryAiry斑半徑斑半徑R0R0時時 ，剛好能分辨開兩個物點所成的像。剛好能分辨開兩個物點所成的像。 由衍射效應(yīng)決議的顯微鏡的分辨身手為：由衍射效應(yīng)決議的顯微鏡的分辨身手為：MnRsin61. 00sin61. 00nr 對于光學(xué)透鏡，上式簡化為：對于光學(xué)透鏡，上式簡化為： 闡明：闡明： 光學(xué)顯微鏡的分辨率主要取決

4、于照明源的波長。光學(xué)顯微鏡的分辨率主要取決于照明源的波長。 半波長是光學(xué)顯微鏡分辨率的實際極限。半波長是光學(xué)顯微鏡分辨率的實際極限。 可見光的最短波長是可見光的最短波長是390nm390nm，也就是說光學(xué)顯微鏡的最高分，也就是說光學(xué)顯微鏡的最高分辨率是辨率是200nm200nm0.2m0.2m。20r2、有效放大倍數(shù)、有效放大倍數(shù) 普通地，人眼的分辨身手是大約普通地，人眼的分辨身手是大約0.2mm0.2mm，光學(xué)顯微，光學(xué)顯微鏡的最大分辨率大約是鏡的最大分辨率大約是0.2m0.2m， 光鏡的最高放大倍數(shù)普通在光鏡的最高放大倍數(shù)普通在1000100015001500之間。之間。 假設(shè)要提高顯微鏡

5、的有效放大倍數(shù)，那么需提高假設(shè)要提高顯微鏡的有效放大倍數(shù)，那么需提高顯微鏡的分辨身手。顯微鏡的分辨身手。儀眼有效放大倍數(shù)的定義：rrM3、電子顯微鏡的出現(xiàn)、電子顯微鏡的出現(xiàn) 提高顯微鏡的分辨率的關(guān)鍵：降低照明光源的波長。提高顯微鏡的分辨率的關(guān)鍵：降低照明光源的波長。 在電磁波譜中：在電磁波譜中： 紫外光的波長在紫外光的波長在1313390nm390nm之間，但是大多數(shù)物質(zhì)都之間，但是大多數(shù)物質(zhì)都劇烈地吸收短波紫外線，故可供照明運用的紫外線波劇烈地吸收短波紫外線，故可供照明運用的紫外線波長只在長只在200 200 250nm250nm范圍，分辨率的提高有限僅一范圍，分辨率的提高有限僅一倍。倍。

6、更短波長的是更短波長的是X X射線射線, ,但無法折射和聚焦成像，因此但無法折射和聚焦成像，因此X X射線也不能作為顯微鏡的照明光源。射線也不能作為顯微鏡的照明光源。 二、電子波的波長二、電子波的波長 根據(jù)德布羅意的觀念，運動的電子具有波粒二象性。根據(jù)德布羅意的觀念，運動的電子具有波粒二象性。電子波的波長為：電子波的波長為：物質(zhì)波的波長等于普朗克常量除以動量物質(zhì)波的波長等于普朗克常量除以動量 。電子的運動速度電子的運動速度v v，取決于加速電壓，取決于加速電壓U U： 注：當(dāng)電子運動速度很高時，電子質(zhì)量須經(jīng)過相對論修正。注：當(dāng)電子運動速度很高時，電子質(zhì)量須經(jīng)過相對論修正。mvheUmv221e

7、mUh2 不同加速電壓下的電子波波長不同加速電壓下的電子波波長 TEM常用的加速電壓為常用的加速電壓為1001000kV，對應(yīng)的電子，對應(yīng)的電子波波長為波波長為10-2。加速電壓加速電壓U/kV20406080100 電子波長電子波長/0.08590.06010.04870.04180.0371 加速電壓加速電壓U/kV1201602005001000 電子波長電子波長/0.03340.02850.02510.01420.0087 三、電磁透鏡 電子束在軸對稱的非均勻電場和磁場的作用下，會產(chǎn)生會電子束在軸對稱的非均勻電場和磁場的作用下，會產(chǎn)生會聚或發(fā)散，起到透鏡作用，到達成像的目的。聚或發(fā)散，

8、起到透鏡作用，到達成像的目的。 電子透鏡：在電鏡內(nèi)呵斥的起透鏡作用的一定的電場或磁電子透鏡：在電鏡內(nèi)呵斥的起透鏡作用的一定的電場或磁場。場。 靜電透鏡靜電透鏡由靜電場構(gòu)成的透鏡；由靜電場構(gòu)成的透鏡； 電磁透鏡電磁透鏡由電磁線圈產(chǎn)生的磁場構(gòu)成的透鏡，簡稱由電磁線圈產(chǎn)生的磁場構(gòu)成的透鏡，簡稱磁透鏡。磁透鏡。 在電鏡中，靜電透鏡用來使電子槍中陰極發(fā)射出的電子會在電鏡中，靜電透鏡用來使電子槍中陰極發(fā)射出的電子會聚成很細的電子束，而不用來成像。透射電鏡中用于成像聚成很細的電子束，而不用來成像。透射電鏡中用于成像的是電磁透鏡。的是電磁透鏡。 1、電磁透鏡的聚焦原理、電磁透鏡的聚焦原理 運動的電子在磁場中會

9、遭到洛侖茲力的作用：運動的電子在磁場中會遭到洛侖茲力的作用： 式中：式中： 電子運動的速度矢量；電子運動的速度矢量； 磁場強度矢量磁場強度矢量 電子在磁場中運動，當(dāng)電子運動方向與磁感應(yīng)強度方電子在磁場中運動，當(dāng)電子運動方向與磁感應(yīng)強度方向不平行時，將產(chǎn)生一個與運動方向垂直的力洛侖向不平行時，將產(chǎn)生一個與運動方向垂直的力洛侖茲力使電子運動方向發(fā)生偏轉(zhuǎn)。茲力使電子運動方向發(fā)生偏轉(zhuǎn)。)(BveFvB 通電的短線圈就構(gòu)成了一個簡單的電磁透鏡。通電的短線圈就構(gòu)成了一個簡單的電磁透鏡。 電磁透鏡的聚焦原理，如圖。電磁透鏡的聚焦原理，如圖。 當(dāng)入射電子沿線圈軸線運動時，電子運動方向與當(dāng)入射電子沿線圈軸線運動

10、時，電子運動方向與磁感應(yīng)強度方向一致，電子不受力，以直線運動經(jīng)過磁感應(yīng)強度方向一致，電子不受力，以直線運動經(jīng)過線圈；線圈； 當(dāng)入射電子運動偏離軸線即以速度當(dāng)入射電子運動偏離軸線即以速度v v平行于線圈平行于線圈軸進入透鏡磁場時，電子受磁場力的作用，將產(chǎn)生三軸進入透鏡磁場時，電子受磁場力的作用，將產(chǎn)生三個運動分量：軸向運動速度個運動分量：軸向運動速度vzvz、繞軸旋轉(zhuǎn)、繞軸旋轉(zhuǎn)vtvt和指向軸的運動和指向軸的運動vrvr，作圓錐螺旋近軸運動，最后，作圓錐螺旋近軸運動，最后會聚在軸線上的一點會聚在軸線上的一點F F。 電子運動的軌跡是一個圓錐螺旋曲線。電子運動的軌跡是一個圓錐螺旋曲線。 電子顯微鏡

11、是用高能電子束作光源，用磁場作透鏡電子顯微鏡是用高能電子束作光源，用磁場作透鏡制造的具有高分辨率和高放大倍數(shù)的電子光學(xué)顯微制造的具有高分辨率和高放大倍數(shù)的電子光學(xué)顯微鏡。鏡。2、電磁透鏡的構(gòu)造、電磁透鏡的構(gòu)造 實踐的電磁透鏡的構(gòu)造：實踐的電磁透鏡的構(gòu)造： 線圈線圈+ +內(nèi)環(huán)形間隙的鐵殼內(nèi)環(huán)形間隙的鐵殼+ +極靴極靴 使磁場強度可以有效地集中在使磁場強度可以有效地集中在狹縫周圍幾毫米的范圍內(nèi)。狹縫周圍幾毫米的范圍內(nèi)。磁場強度沿簡單螺旋管、包殼透鏡和磁場強度沿簡單螺旋管、包殼透鏡和極靴透鏡的軸向分布極靴透鏡的軸向分布3、電磁透鏡的焦距 電磁透鏡的焦距電磁透鏡的焦距f f： 討論：討論： 、改動激磁

12、電流可以方便地改動電磁透鏡的焦距；、改動激磁電流可以方便地改動電磁透鏡的焦距； 、電磁透鏡的焦距總是正值，即電磁透鏡不存在凹透、電磁透鏡的焦距總是正值，即電磁透鏡不存在凹透鏡，只是凸透鏡。鏡，只是凸透鏡。 、f f與加速電壓有關(guān)，加速電壓不穩(wěn)將使圖像不明晰。與加速電壓有關(guān)，加速電壓不穩(wěn)將使圖像不明晰。 2INUKfr四、電磁透鏡的像差及其對分辨率的影響四、電磁透鏡的像差及其對分辨率的影響 電磁透鏡的分辨率除了受衍射效應(yīng)影響外，還有像差對分電磁透鏡的分辨率除了受衍射效應(yīng)影響外，還有像差對分辨率的影響，使得實踐分辨率低于實際極限值半波長。辨率的影響，使得實踐分辨率低于實際極限值半波長。1、球差球面

13、像差、球差球面像差 產(chǎn)生緣由：電磁透鏡近產(chǎn)生緣由：電磁透鏡近軸區(qū)域磁場和遠軸區(qū)域軸區(qū)域磁場和遠軸區(qū)域磁場對電子束的折射才磁場對電子束的折射才干不同而產(chǎn)生的。干不同而產(chǎn)生的。 用物面上的用物面上的rSrS表示球表示球差大小，計算公式為：差大小，計算公式為：341sSCr Cs球差系數(shù)，通常情況下相當(dāng)于透球差系數(shù)，通常情況下相當(dāng)于透鏡的焦距，大小約為鏡的焦距，大小約為13mm。故與。故與透鏡的磁場強度有關(guān)，磁場強度越大，透鏡的磁場強度有關(guān)，磁場強度越大， 焦距越短，焦距越短，Cs減小。減小。 孔徑半角。減小孔徑半角。減小，可顯著減小，可顯著減小rs。2、像散、像散 產(chǎn)生緣由：由透鏡磁場的非軸對稱引

14、起的像差。產(chǎn)生緣由：由透鏡磁場的非軸對稱引起的像差。 用物面上的用物面上的rArA表示像散的大小，其計算公式為：表示像散的大小，其計算公式為： 式中：式中：fAfA為像散系數(shù)，它是磁透鏡出現(xiàn)橢圓度時約化為像散系數(shù)，它是磁透鏡出現(xiàn)橢圓度時約化到物平面的像散焦距差。到物平面的像散焦距差。 呵斥像散的主要緣由：極靴內(nèi)孔不圓、上下極靴的軸線呵斥像散的主要緣由：極靴內(nèi)孔不圓、上下極靴的軸線錯位、制造極靴的磁性資料的材質(zhì)不均以及極靴孔周圍錯位、制造極靴的磁性資料的材質(zhì)不均以及極靴孔周圍的部分污染等都會引起透鏡的磁場產(chǎn)生橢圓度。的部分污染等都會引起透鏡的磁場產(chǎn)生橢圓度。AAfr 像散的校正：像散的校正： 引

15、入一個強度和方位可調(diào)的磁場來進展校正，電引入一個強度和方位可調(diào)的磁場來進展校正，電鏡中產(chǎn)生這個矯正磁場的安裝叫消像散器。鏡中產(chǎn)生這個矯正磁場的安裝叫消像散器。 因此，像散是可以消除的像差。因此，像散是可以消除的像差。3、色差、色差 產(chǎn)生緣由：由于成像產(chǎn)生緣由：由于成像電子的能量不同或變電子的能量不同或變化，從而在透鏡磁場化，從而在透鏡磁場中運動軌跡不同，以中運動軌跡不同，以致不能聚焦在一點而致不能聚焦在一點而構(gòu)成的像差。構(gòu)成的像差。 用物面上的用物面上的rCrC的表的表示色差的大小示色差的大小, ,其計算其計算公式為：公式為： 式中，式中，Cc電磁透鏡的色差系數(shù)，電磁透鏡的色差系數(shù)，隨勵磁電流

16、添加而減??；隨勵磁電流添加而減小； E/E成像電子束的能量變化率。成像電子束的能量變化率。 EECrcC 引起電子能量動搖的緣由有兩個：引起電子能量動搖的緣由有兩個： 電子槍加速電壓和勵磁電流的動搖，致使電子電子槍加速電壓和勵磁電流的動搖，致使電子能量不同也就是速度動搖；主要緣由！能量不同也就是速度動搖；主要緣由！ 當(dāng)電子束透過試樣時，部分電子能量損失而產(chǎn)當(dāng)電子束透過試樣時，部分電子能量損失而產(chǎn)生非彈性散射，致使電子能量變化。生非彈性散射，致使電子能量變化。 色差的控制：電鏡中，對電子槍高壓部分和透鏡色差的控制：電鏡中，對電子槍高壓部分和透鏡電流要求很高的穩(wěn)定度電流要求很高的穩(wěn)定度210-6，

17、把色差調(diào)整，把色差調(diào)整到分辨身手允許的范圍內(nèi)。到分辨身手允許的范圍內(nèi)。4、電磁透鏡的分辨率、電磁透鏡的分辨率 像差中像散和色差可經(jīng)過適當(dāng)措施得到有效控制甚至根本消像差中像散和色差可經(jīng)過適當(dāng)措施得到有效控制甚至根本消除，唯有球差控制較難。除，唯有球差控制較難。 影響電鏡分辨身手的主要要素是衍射效應(yīng)和球差。影響電鏡分辨身手的主要要素是衍射效應(yīng)和球差。 孔徑半角孔徑半角對衍射效應(yīng)的分辨率和球差的分辨率的影響是相對衍射效應(yīng)的分辨率和球差的分辨率的影響是相反的。反的。 同時思索球差和衍射效應(yīng)可得最優(yōu)孔徑半角：同時思索球差和衍射效應(yīng)可得最優(yōu)孔徑半角：3004161. 0sC 最正確孔徑半角：最正確孔徑半角

18、： 最小分辨間隔：最小分辨間隔： 最正確孔徑半角最正確孔徑半角00通常是通常是10-210-210-3rad10-3rad； 對大部分透射電鏡，分辨率約為對大部分透射電鏡，分辨率約為2.52.53 3 ； 對高分辨電鏡，分辨率約為對高分辨電鏡，分辨率約為1.41.41.9 1.9 。41025. 1sC4341049. 0sCr 五、電磁透鏡的景深和焦長五、電磁透鏡的景深和焦長 電磁透鏡的另一特點：景深大、電磁透鏡的另一特點：景深大、焦長長。焦長長。 1、景深、景深(或場深或場深) 景深：指成像時，像平面不動景深：指成像時，像平面不動像距不變，在滿足成像明晰像距不變，在滿足成像明晰的前提下，物

19、平面沿透鏡軸線前的前提下，物平面沿透鏡軸線前后可挪動的間隔。用后可挪動的間隔。用Df表示。表示。 景深大的實踐意義：為察看樣品景深大的實踐意義：為察看樣品的微觀細節(jié)提供了方便。的微觀細節(jié)提供了方便。 由圖由圖5-95-9的幾何關(guān)系可推導(dǎo)出：的幾何關(guān)系可推導(dǎo)出： 闡明，電磁透鏡孔徑半角越小，景深越大。闡明，電磁透鏡孔徑半角越小，景深越大。 普通的電磁透鏡，普通的電磁透鏡，=10-2=10-210-3rad10-3rad，Df =Df =20020020002000r0r0。假設(shè)。假設(shè)r0=1nmr0=1nm，那么，那么Df = Df = 2002002000nm2000nm。0022rtgrDf

20、2、焦長、焦長 焦長：指物點固定不變物距焦長：指物點固定不變物距不變，在堅持成像明晰的條不變，在堅持成像明晰的條件下，像平面沿透鏡軸線可挪件下，像平面沿透鏡軸線可挪動的間隔。用動的間隔。用DLDL表示。表示。 焦長長的實踐意義：為電鏡的焦長長的實踐意義：為電鏡的成像操作、圖像的察看和照相成像操作、圖像的察看和照相帶來了極大的方便。帶來了極大的方便。由圖由圖5-105-10中幾何關(guān)系得：中幾何關(guān)系得：對于由多級電磁透鏡組成的透射電鏡來說，其終像放大倍數(shù)等于各級對于由多級電磁透鏡組成的透射電鏡來說，其終像放大倍數(shù)等于各級透鏡放大倍數(shù)之積。透鏡放大倍數(shù)之積。因此，終像的焦長就更長了，普通說來超越因此

21、，終像的焦長就更長了，普通說來超越101020cm20cm。202MrDLMrtgMrDL0022M第二節(jié)第二節(jié) 透射電鏡的構(gòu)造透射電鏡的構(gòu)造 透射電鏡是以波長極短透射電鏡是以波長極短的電子束作為照明源，的電子束作為照明源，用電磁透鏡聚焦成像的用電磁透鏡聚焦成像的一種高分辨身手、高放一種高分辨身手、高放大倍數(shù)的電子光學(xué)儀器。大倍數(shù)的電子光學(xué)儀器。 透射電鏡的三部分組成：透射電鏡的三部分組成： 電子光學(xué)系統(tǒng)電子光學(xué)系統(tǒng) 電源與控制系統(tǒng)電源與控制系統(tǒng) 真空系統(tǒng)真空系統(tǒng)透射電鏡的中心透射電鏡的中心一、電子光學(xué)系統(tǒng)一、電子光學(xué)系統(tǒng) 積木式的直立構(gòu)造。積木式的直立構(gòu)造。 電子光學(xué)系統(tǒng)分為三電子光學(xué)系統(tǒng)分

22、為三部分：部分： 照明系統(tǒng)照明系統(tǒng) 成像系統(tǒng)成像系統(tǒng) 察看記錄系統(tǒng)察看記錄系統(tǒng) 成像系統(tǒng)是電子光學(xué)成像系統(tǒng)是電子光學(xué)部分最中心的部分。部分最中心的部分。 透射電鏡的任務(wù)過程：透射電鏡的任務(wù)過程： 電子從透射電鏡最上面的電子槍發(fā)射出來。電子從透射電鏡最上面的電子槍發(fā)射出來。 發(fā)射出的電子在加速管內(nèi)被加速，經(jīng)過照明系發(fā)射出的電子在加速管內(nèi)被加速，經(jīng)過照明系統(tǒng)的電子透鏡照射到試樣上。統(tǒng)的電子透鏡照射到試樣上。 透過試樣的電子被成像系統(tǒng)的電子透鏡放大、透過試樣的電子被成像系統(tǒng)的電子透鏡放大、成像。成像。 從察看室的窗口可以察看像，也可將察看到的從察看室的窗口可以察看像，也可將察看到的像用照片或其他方式

23、記錄下來。像用照片或其他方式記錄下來。 1、照明系統(tǒng)、照明系統(tǒng) 作用：提供一束亮度高、照明孔徑角小、平行度好、作用：提供一束亮度高、照明孔徑角小、平行度好、束流穩(wěn)定的照明源。束流穩(wěn)定的照明源。 組成：主要由電子槍和聚光鏡組成，以及高壓發(fā)生器組成：主要由電子槍和聚光鏡組成，以及高壓發(fā)生器和加速管、電子束偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)。和加速管、電子束偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)。 (1)、電子槍、電子槍 電子槍是產(chǎn)生穩(wěn)定的電子束流的安裝，它位于電鏡的電子槍是產(chǎn)生穩(wěn)定的電子束流的安裝，它位于電鏡的最上部。最上部。 按產(chǎn)生電子束發(fā)射原理的不同，電子槍可分為熱發(fā)射按產(chǎn)生電子束發(fā)射原理的不同，電子槍可分為熱發(fā)射型和場發(fā)射型兩類。型和場發(fā)射型兩類

24、。 鎢絲陰極熱發(fā)射電子槍的組成：鎢絲陰極熱發(fā)射電子槍的組成： 發(fā)夾形鎢絲陰極發(fā)夾形鎢絲陰極 柵極柵極( (又稱控制極又稱控制極) ) 陽極陽極 在控制極和陽極之間的某一位置，在控制極和陽極之間的某一位置，電子束會聚成一個小的斑點，稱電子束會聚成一個小的斑點，稱為電子槍交叉點，也就是通常所為電子槍交叉點，也就是通常所說的電子束的說的電子束的“有效光源，所說有效光源，所說的光斑大小的光斑大小(d0)(d0)就是指這個最小就是指這個最小交叉截面的大小，約為交叉截面的大小，約為50m50m。 鎢燈絲鎢燈絲三極電子槍采用自偏壓回路三極電子槍采用自偏壓回路(如圖如圖)確保電子束流的穩(wěn)定。確保電子束流的穩(wěn)定

25、。高壓發(fā)生器和加速管的作用：將電子源產(chǎn)生的電子加速。高壓發(fā)生器和加速管的作用：將電子源產(chǎn)生的電子加速。(2)、聚光鏡、聚光鏡 作用：作用： 會聚經(jīng)加速管加速的電會聚經(jīng)加速管加速的電子束，以最小的損失照射子束，以最小的損失照射樣品；樣品； 調(diào)理照明強度、孔徑角調(diào)理照明強度、孔徑角和束斑大小。和束斑大小。 普通都采用雙聚光鏡系統(tǒng)，普通都采用雙聚光鏡系統(tǒng)，結(jié)果在樣品上可獲得結(jié)果在樣品上可獲得2 210m10m的照明電子束斑。的照明電子束斑。 第一聚光鏡第一聚光鏡 強磁透鏡，強磁透鏡，f很短；很短；M為為調(diào)理照射到樣品上的束調(diào)理照射到樣品上的束斑的大小改動第一聚斑的大小改動第一聚光鏡的焦距來控制光鏡的

26、焦距來控制第二聚光鏡第二聚光鏡 弱磁透鏡，弱磁透鏡，f很長；很長；M2進一步改動樣品上的照進一步改動樣品上的照明面積和照明孔徑角；明面積和照明孔徑角；為樣品室提供足夠的空為樣品室提供足夠的空間。間。501101 為限制照明孔徑角，還常在第二聚光鏡下面徑向為限制照明孔徑角，還常在第二聚光鏡下面徑向插入聚光鏡光闌。插入聚光鏡光闌。 為使照明束斑更圓，還在第二聚光鏡處裝有消像為使照明束斑更圓，還在第二聚光鏡處裝有消像散器以消除聚光鏡的像散。散器以消除聚光鏡的像散。 第二聚光鏡之下裝有電子束偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)。第二聚光鏡之下裝有電子束偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)。 用于合軸用于合軸調(diào)整、電子束傾斜調(diào)整、電子束傾斜(明、暗場成像的需

27、求明、暗場成像的需求)、電子、電子束挪動等。束挪動等。2、成像系統(tǒng)、成像系統(tǒng) 組成：組成： 三組電磁透鏡三組電磁透鏡 ( (物鏡、中間鏡和投影物鏡、中間鏡和投影鏡鏡) ) 兩個金屬光闌兩個金屬光闌 ( (物鏡光闌和選區(qū)光闌物鏡光闌和選區(qū)光闌 消像散器消像散器 構(gòu)成三級放大像，放大倍構(gòu)成三級放大像，放大倍數(shù)：數(shù)： M=MoMiMpM=MoMiMp(1)(1)、物鏡、物鏡 物鏡：用來構(gòu)成第一幅高分辨率電子顯微圖像或物鏡：用來構(gòu)成第一幅高分辨率電子顯微圖像或電子衍射花樣的透鏡。電子衍射花樣的透鏡。 透射電鏡分辨身手的高低主要取決于物鏡。透射電鏡分辨身手的高低主要取決于物鏡。 物鏡通常是一個強磁短焦距

28、的透鏡，它的放大倍物鏡通常是一個強磁短焦距的透鏡，它的放大倍數(shù)較高，普通為數(shù)較高，普通為100100200200倍。倍。 物鏡中關(guān)鍵部件是物鏡物鏡中關(guān)鍵部件是物鏡極靴。極靴。 為減小各種像差，對物為減小各種像差，對物鏡極靴資料、外形和加鏡極靴資料、外形和加工精度的要求非常嚴厲。工精度的要求非常嚴厲。為了減少物鏡的球差，往往在物鏡的后焦面上安為了減少物鏡的球差，往往在物鏡的后焦面上安放放一個物鏡光闌。一個物鏡光闌。為了減少物鏡的像散，還在物鏡內(nèi)裝有消像散器。為了減少物鏡的像散，還在物鏡內(nèi)裝有消像散器。物鏡的成像原理物鏡的成像原理 第一個過程：平行電子束遭第一個過程：平行電子束遭到周期構(gòu)造試樣散射

29、作用后，到周期構(gòu)造試樣散射作用后，除透射束外，還構(gòu)成各級衍除透射束外，還構(gòu)成各級衍射束，經(jīng)物鏡聚焦會聚在其射束，經(jīng)物鏡聚焦會聚在其后焦面上，以衍射花樣方式后焦面上，以衍射花樣方式將試樣構(gòu)造信息顯示出來，將試樣構(gòu)造信息顯示出來，即在其背焦面構(gòu)成衍射譜。即在其背焦面構(gòu)成衍射譜。阿貝成像原理：物鏡是衍射成像透鏡，成像分為兩個過程：阿貝成像原理：物鏡是衍射成像透鏡，成像分為兩個過程：第二個過程：背焦面上的衍射斑發(fā)出的球面次級波經(jīng)過第二個過程：背焦面上的衍射斑發(fā)出的球面次級波經(jīng)過干涉重新在像面上構(gòu)成反映樣品特征的像。干涉重新在像面上構(gòu)成反映樣品特征的像。 (2)、中間鏡、中間鏡 有兩個作用：有兩個作用：

30、 調(diào)理電鏡的總放大倍數(shù)。調(diào)理電鏡的總放大倍數(shù)。 中間鏡是倍率可變的弱透鏡，中間鏡是倍率可變的弱透鏡，M可在可在020倍范圍倍范圍調(diào)理。當(dāng)調(diào)理。當(dāng)Mi1時，用來進一步放大物鏡的像；當(dāng)時，用來進一步放大物鏡的像；當(dāng)Mi1時，用來減少物鏡的像。時，用來減少物鏡的像。 進展成像操作和衍射操作。使得在熒光屏上得進展成像操作和衍射操作。使得在熒光屏上得到形貌像或衍射花樣。到形貌像或衍射花樣。 改動中間鏡的勵磁電流，假改動中間鏡的勵磁電流，假設(shè)把中間鏡的物平面和物鏡設(shè)把中間鏡的物平面和物鏡的像平面重合，那么在熒光的像平面重合，那么在熒光屏上得到微區(qū)組織的形貌像，屏上得到微區(qū)組織的形貌像，這就是電鏡中的成像操

31、作，這就是電鏡中的成像操作，如圖如圖(a)(a)。 假設(shè)把中間鏡的物平面和物假設(shè)把中間鏡的物平面和物鏡的后焦面重合，那么在熒鏡的后焦面重合，那么在熒光屏上得到所選區(qū)域的電子光屏上得到所選區(qū)域的電子衍射花樣，這就是電鏡中的衍射花樣，這就是電鏡中的衍射操作，如圖衍射操作，如圖(b)(b)。 (3)、投影鏡、投影鏡 作用：把經(jīng)中間鏡構(gòu)成的像電子衍射花樣進作用：把經(jīng)中間鏡構(gòu)成的像電子衍射花樣進一步放大，并投影到熒光屏上，構(gòu)成終像。一步放大，并投影到熒光屏上，構(gòu)成終像。 它和物鏡一樣，是一個強磁短焦距透鏡，具有高它和物鏡一樣，是一個強磁短焦距透鏡，具有高放大倍數(shù)，可放大放大倍數(shù)，可放大100100倍左右

32、。倍左右。 成像電子束進入投影鏡時孔徑角很小約成像電子束進入投影鏡時孔徑角很小約10-10-3rad3rad, ,因此它的景深和焦距都非常大。因此它的景深和焦距都非常大。3、察看與記錄系統(tǒng)、察看與記錄系統(tǒng) 在投影鏡之下是像的察看和記錄系統(tǒng)。 透過察看窗可在熒光屏上看像和聚焦。 像的記錄可采用多種方法，如照相機構(gòu)、電視攝像機、慢掃描CCD照相機等。 在熒光屏下面放置一個可以自動換片的照相暗盒。照相時只需把熒光屏豎起，電子束即可使照相底片曝光。第三節(jié)第三節(jié) 透射電鏡的主要部件透射電鏡的主要部件 一、樣品臺一、樣品臺 透射電鏡的樣品是放透射電鏡的樣品是放置在物鏡的上、下極置在物鏡的上、下極靴之間。靴

33、之間。 由于這里的空間很小，由于這里的空間很小，所以透射電鏡的樣品所以透射電鏡的樣品也很小，通常是直徑也很小，通常是直徑23mm、厚度約為、厚度約為200納米的薄片。納米的薄片。 樣品臺的作用：樣品臺的作用： 承載樣品；承載樣品； 使樣品能作平移、傾斜調(diào)理試樣的晶體使樣品能作平移、傾斜調(diào)理試樣的晶體學(xué)方向、旋轉(zhuǎn)，以選擇感興趣的樣品區(qū)域或?qū)W方向、旋轉(zhuǎn)，以選擇感興趣的樣品區(qū)域或位向進展察看和分析。位向進展察看和分析。 側(cè)插式雙傾樣品臺側(cè)插式雙傾樣品臺: 晶體構(gòu)造分析中用晶體構(gòu)造分析中用得最普遍得最普遍! 包括測角試樣臺和包括測角試樣臺和樣品桿兩部分。樣品桿兩部分。 “側(cè)插側(cè)插:就是樣品就是樣品桿從

34、極靴的側(cè)面進桿從極靴的側(cè)面進入物鏡中。入物鏡中。 樣品夾在頂端的杯狀空間內(nèi)；樣品夾在頂端的杯狀空間內(nèi)； 從真空腔外部經(jīng)過樣品桿來操作樣品。從真空腔外部經(jīng)過樣品桿來操作樣品。側(cè)插雙軸傾斜試樣架表示圖側(cè)插雙軸傾斜試樣架表示圖對試樣的操作是經(jīng)過試樣室外邊的試樣挪動機械安裝來完成的。對試樣的操作是經(jīng)過試樣室外邊的試樣挪動機械安裝來完成的。 二、消像散器二、消像散器 消像散器普通都安裝在透鏡的上、下極靴之間。消像散器普通都安裝在透鏡的上、下極靴之間。 作用：把物鏡的固有的橢圓形磁場校正成接近軸對稱的圓作用：把物鏡的固有的橢圓形磁場校正成接近軸對稱的圓形磁場。形磁場。 經(jīng)過調(diào)整消像散器磁場的方向與大小，就可以把固有的橢經(jīng)過調(diào)整消像散器磁場的方向與大小，就可以把固有的橢圓形磁場校正成旋轉(zhuǎn)對稱磁場，起到消除像散的作用。圓形磁場校正成旋轉(zhuǎn)對稱磁場，起到消除像散的作用。 三、光三、光 闌闌 作用：主要是擋掉發(fā)散的電子，保證電子束的相