材料現(xiàn)代分析測試第七章

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

§7-1電子波與電磁透鏡

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

分辨本領是指成像物體（試樣）上能分辨出來的兩個物點間的最小距離。顯微鏡的分辨本領為

式中λ—照明光源的波長。

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

第3頁，共25頁，2023年，2月20日，星期一◆電子波的波長

電子顯微鏡的照明光源是電子波。電子波的波長取決于電子運動的速度和質(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，共25頁，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)過相對論校正，此時C—為光速可見光的波長在3900~7600?之間，從計算出的電子波長來看，在常用100~200kv加速電壓下，電子波的波長要比可見光小5個數(shù)量級。第5頁，共25頁，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，共25頁，2023年，2月20日，星期一與光學玻璃透鏡相似，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，共25頁，2023年，2月20日，星期一電磁透鏡的焦距可由下式近似計算式中K—常數(shù)Ur—經(jīng)相對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，這是它有別于光學透鏡的一個特點。第8頁，共25頁，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向軸中心延伸的錐狀圓柱形,形成靴形,使有效磁場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，共25頁，2023年，2月20日，星期一Oz帶鐵殼的帶極靴的透鏡O’第10頁，共25頁，2023年，2月20日，星期一第11頁，共25頁，2023年，2月20日，星期一§7-2電磁透鏡的像差與分辨本領

◆像差

◆分辨率

第12頁，共25頁，2023年，2月20日，星期一◆像差

--------球差

電磁透鏡近軸區(qū)和遠軸區(qū)對電子折射能力不同,由一點發(fā)出的電子束,經(jīng)電磁電磁透鏡不能聚集電子于一點,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，共25頁，2023年，2月20日，星期一第14頁，共25頁，2023年，2月20日，星期一◆像差

--------象散

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

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

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

電子波長波動

產(chǎn)生的最小焦斑半徑分辨率:

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

1.衍射效應對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,而形成一個有一定尺寸的中央斑,周圍明暗相間的圓環(huán),稱為埃利斑.當兩埃利斑峰谷強度達到最高峰強度的△I=19%I時,能分辨出兩相斑,此時兩相斑距離等于埃利斑半徑.兩相斑進一步靠近,肉眼不能分辨.由此

.

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

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、球差兩因素:

對、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，共25頁，2023年，2月20日，星期一§7-3電磁透鏡的景深與焦長◆景深◆焦長第22頁，共25頁，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=10A0,---2000nm.故加速電壓100KV范圍內(nèi),試樣厚度在200nm內(nèi)

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