材料現(xiàn)代分析測(cè)試第七章

材料現(xiàn)代分析測(cè)試第七章第1頁(yè)，共25頁(yè)，2023年，2月20日，星期一

§7-1電子波與電磁透鏡

◆光學(xué)顯微鏡的分辨率極限◆電子波◆電磁透鏡第2頁(yè)，共25頁(yè)，2023年，2月20日，星期一◆光學(xué)顯微鏡的分辨率極限

分辨本領(lǐng)是指成像物體（試樣）上能分辨出來的兩個(gè)物點(diǎn)間的最小距離。顯微鏡的分辨本領(lǐng)為

式中λ—照明光源的波長(zhǎng)。

光學(xué)顯微鏡分辨本領(lǐng)的極限為2000?。因此，要提高顯微鏡的分辨本領(lǐng)，關(guān)鍵是要有波長(zhǎng)短，又能聚焦成像的照明光源。

第3頁(yè)，共25頁(yè)，2023年，2月20日，星期一◆電子波的波長(zhǎng)

電子顯微鏡的照明光源是電子波。電子波的波長(zhǎng)取決于電子運(yùn)動(dòng)的速度和質(zhì)量，即式中h—普朗克常量

m—電子的質(zhì)量

U—電子的速度，它和加速電壓U之間存在下面的關(guān)系

e—電子所帶電荷第4頁(yè)，共25頁(yè)，2023年，2月20日，星期一

如果電子速度較低，則它的質(zhì)量和靜止質(zhì)量相近，即。如果加速電壓很高，使得電子具有極高的速度，則必須經(jīng)過相對(duì)論校正，此時(shí)C—為光速可見光的波長(zhǎng)在3900~7600?之間，從計(jì)算出的電子波長(zhǎng)來看，在常用100~200kv加速電壓下，電子波的波長(zhǎng)要比可見光小5個(gè)數(shù)量級(jí)。第5頁(yè)，共25頁(yè)，2023年，2月20日，星期一◆電磁透鏡-----原理

透射電子顯微鏡中用磁場(chǎng)來使電子波聚焦成像的裝置是電磁透鏡。

ACOO’Z電磁透鏡的聚焦原理示意圖

第6頁(yè)，共25頁(yè)，2023年，2月20日，星期一與光學(xué)玻璃透鏡相似，電磁透鏡物距、像距、焦距三者關(guān)系式及放大倍數(shù)滿足：

式中f—焦距

L1—物距L2—像距

M—放大倍數(shù)◆電磁透鏡-----幾何關(guān)系

第7頁(yè)，共25頁(yè)，2023年，2月20日，星期一電磁透鏡的焦距可由下式近似計(jì)算式中K—常數(shù)Ur—經(jīng)相對(duì)論校正的電子加速電壓IN—電磁透鏡激磁安匝數(shù)由上式可知無論激磁方向如何，電磁透鏡的焦距總是正的。改變激磁電流，電磁透鏡的焦距和放大倍數(shù)將發(fā)生變化。因此，電磁透鏡是一種變焦距或便倍率的匯聚透鏡，這是它有別于光學(xué)透鏡的一個(gè)特點(diǎn)。第8頁(yè)，共25頁(yè)，2023年，2月20日，星期一◆電磁透鏡-----類型

軟磁殼電磁透鏡極靴透鏡：在鐵殼內(nèi),通過部件組裝成四個(gè)向軸中心延伸的錐狀圓柱形,形成靴形,使有效磁場(chǎng)集中在軸向很短距離內(nèi)(幾毫米).極靴透鏡中心BZ↑,彎曲↑,聚集能力↑,焦距短

第9頁(yè)，共25頁(yè)，2023年，2月20日，星期一Oz帶鐵殼的帶極靴的透鏡O’第10頁(yè)，共25頁(yè)，2023年，2月20日，星期一第11頁(yè)，共25頁(yè)，2023年，2月20日，星期一§7-2電磁透鏡的像差與分辨本領(lǐng)

◆像差

◆分辨率

第12頁(yè)，共25頁(yè)，2023年，2月20日，星期一◆像差

--------球差

電磁透鏡近軸區(qū)和遠(yuǎn)軸區(qū)對(duì)電子折射能力不同,由一點(diǎn)發(fā)出的電子束,經(jīng)電磁電磁透鏡不能聚集電子于一點(diǎn),而為一散射斑半徑為

還原到物平面，則

CS為球差系數(shù)，最佳值是1~3mm。α為孔徑角。

第13頁(yè)，共25頁(yè)，2023年，2月20日，星期一第14頁(yè)，共25頁(yè)，2023年，2月20日，星期一◆像差

--------象散

磁場(chǎng)非旋轉(zhuǎn)對(duì)稱引起。由于極靴被污染，或極靴的機(jī)械不對(duì)稱性，或極靴材料各項(xiàng)磁導(dǎo)率差異引起透鏡磁場(chǎng)不對(duì)稱。有的方向電子束的折射比別的方向強(qiáng)，旋轉(zhuǎn)對(duì)稱磁場(chǎng):自鏡中心引徑向等距離,其折射能力相同.非完全旋轉(zhuǎn)對(duì)稱磁場(chǎng)

(OA=0B).,但像散可通過加裝消像散器矯正磁場(chǎng)消除,如圖最小焦斑半徑:第15頁(yè)，共25頁(yè)，2023年，2月20日，星期一像散

第16頁(yè)，共25頁(yè)，2023年，2月20日，星期一◆像差--------色差

電子波長(zhǎng)波動(dòng)

產(chǎn)生的最小焦斑半徑分辨率:

第17頁(yè)，共25頁(yè)，2023年，2月20日，星期一第18頁(yè)，共25頁(yè)，2023年，2月20日，星期一◆分辨率電磁透鏡分辨率由衍射效應(yīng)和球面球差決定

1.衍射效應(yīng)對(duì)分辨率的影響由透鏡各部分折射到像平面上的電磁波與周圍區(qū)域的光波間相互產(chǎn)生干涉現(xiàn)象,稱之衍射現(xiàn)象結(jié)果在像平面上得不到理想的像點(diǎn),而形成一個(gè)有一定尺寸的中央斑,周圍明暗相間的圓環(huán),稱為埃利斑.當(dāng)兩埃利斑峰谷強(qiáng)度達(dá)到最高峰強(qiáng)度的△I=19%I時(shí),能分辨出兩相斑,此時(shí)兩相斑距離等于埃利斑半徑.兩相斑進(jìn)一步靠近,肉眼不能分辨.由此

.

第19頁(yè)，共25頁(yè)，2023年，2月20日，星期一第20頁(yè)，共25頁(yè)，2023年，2月20日，星期一◆分辨率2.像差對(duì)分辨率的影響

像散通過消像散器消除,色差通過穩(wěn)定電壓克服,球差目前無法克服.綜合衍射效應(yīng)、球差兩因素:

對(duì)、作用相反,兩者兼顧,=,得A=0.4-0.55,所以電磁透鏡的最佳分辨率1A0

第21頁(yè)，共25頁(yè)，2023年，2月20日，星期一§7-3電磁透鏡的景深與焦長(zhǎng)◆景深◆焦長(zhǎng)第22頁(yè)，共25頁(yè)，2023年，2月20日，星期一◆景深

景深:不影響分辨率條件下,電磁透鏡物平面允許的軸向偏差.電磁透鏡,,當(dāng)=10A0,---2000nm.故加速電壓100KV范圍內(nèi),試樣厚度在200nm內(nèi)

第23頁(yè)，共25頁(yè)，2023年，2月20日，星期一第24頁(yè)，共25頁(yè)，2023年，2月20日，星期一◆焦長(zhǎng)焦長(zhǎng):不影響透鏡分辨率條件下,像平面可沿軸向平