《电子显微结构分析》PPT课件

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1、电子显微结构分析洛阳理工学院2011.2本章主要内容一、概述二、电子光学基础三、电子与固体物质的相互作用四、透射电子显微分析五、扫描电子显微分析六、电子探针X射线显微分析七、电子显微分析的应用一、概述电子显微分析就是利用聚焦电子束与物质相互作用产生的各种物理信号来分析试样中物质的微区形貌、晶体结构、化学组成等。这中间包括电子扫描电镜、电子透射电镜、电子探针微区分析，随着分析手段的发展，环境扫描电镜、扫描隧道显微分析、原子力扫描显微分析也渐渐成为分析手段的重要组成部分。一、概述一、概述一、概述一、概述电子显微分析与其他的形貌、结

2、构、成分分析方法对比，具有以下非常重要的优点：1、直接在高倍镜下观察试样的形貌、结构，可选择特定的区域进行分析；2、可直接分辨原子，能进行纳米尺度的晶体结构与化学组成分析；3、可以进行形貌、结构、物相及化学组成的综合分析；在固体科学、材料科学、地质、医学、生物等各领域的研究用途都很广。Si衬底上不同组分MgxZn1-xO薄膜的SEM照片（a）x=0（b）x=0.3（c）x=0.4（d）x=0.5（e）x=0.7（f）x=0.9一、概述电子显微镜下的液晶分子形态电子显微镜下的液晶分子形态扫描电子显微镜一、概述（一）、光学显微镜的

3、局限光学显微镜的分辨能力，是光学显微镜能看到且区分开的最小物质。Abbe根据衍射理论导出了光学透镜的分辨本领的公式为：nm。在式中，r为分辨本领，λ为照明光源的波长，n为透镜的折射率，α为透镜孔径半角，习惯把nsinα称为透镜的数值孔径。因此可以看出，要增加透镜的分辨本领，即减小r值有三个途径：增加介质的折射率；2、增大物镜的数值孔径；3、采用短波长的照明光源。一、概述当使用可见光作为光源，采用组合透镜、大的孔径角、高折射率的介质浸没物镜时，物镜的数值孔径最大可提高到1.6，在最佳的情况下，透镜的极限分辨率可达到200nm。要

4、进一步提高显微镜的分辨率，必须使用更短波长的照明源。即是这样使用波长为275nm的紫外光作为照明源，显微镜的极限分辨率也只能达到100nm。虽然X射线的波长可达0.05～10nm，但是不知道什么物质可使其改变方向，能进行有效的折射和聚焦成像。因电子束也具有波动性，波长也很短，使用电子束作为照明源制成的电子显微镜具有更高的分辨率。且电子束在电场与磁场中可以方便的加以控制，应用前途更广。光学显微镜电子显微镜眼晴：准确性、灵敏性、适应性和精密的分辨能力。人眼观察物体的粒度极限为0.1mm！——局限性可以看到细菌、细胞那样小的物体。但

5、光学显微镜超过一定放大率后就失去作用，最好的光学显微镜的放大极限是：2000倍利用聚焦电子束与试样物质相互作用产生的各种物理信号，分析试样物质的微区形貌、显微结构、晶体结构和化学组成。电子显微分析的定义:透射电子显微镜（TEM）扫描电子显微镜（SEM）电子探针（EPMA）电子显微分析的特点：放大倍数高：5倍~100万倍；且连续可调；（现代TEM可达200万倍以上）分辨率高：0.2~0.3nm（现代TEM线分辨率可达0.104~0.14）多功能、综合性：形貌+物相+晶体结构+化学组成二、电子光学基础电子光学是研究带电离子在电场与

6、磁场中运动，其产生偏转、聚焦、成像等规律的一门科学。与光学在光学介质中传播规律有很多相似的地方：1、光线通过透镜聚焦，电子束则通过磁场与电场聚焦，磁场与电场是电子束的电子透镜；2、在几何光学中，光线都利用旋转对称面作为折射面；在电子光学中，在旋转对称的电场及磁场产生的等位面作为折射面。3、电子光学可以仿照几何光学把电子束的运动轨迹看作是射线，并引入几何光学参量来表征电子透镜对电子的聚焦成像作用。电子光学与几何光学相似：聚焦成像：几何光学——利用光学透镜会聚光线电子光学——利用电场、磁场会聚电子束几何光学—利用旋转对称面（如球面

7、）作为折射面电子光学—利用旋转对称电磁场产生的等位面作折射面几何光学—光传播路径——光线——焦点、焦距等表征电子光学—电子运动轨迹——射线——焦点、焦距等表征电镜中电子光学系统的附加限制条件：电子轨迹相对于旋转对称轴斜率极小，即张角很小，一般为10-2~10-3radr——电子径向位置坐标矢量z——旋转对称轴的坐标电子轨迹离轴距离很小，远小于电子束沿轴距离电、磁场与时间无关，且处于真空中，即真空中静场；忽略电子束本身的空间电荷和电流分布；入射电子束轨迹必须满足离轴条件：r—分辨率（r小，分辨能力越高）λ—照明光的波长n—透镜所

8、处环境介质的折射率а—透镜孔径半角（°）nsinα—数值孔径用N.A表示分辨能力（分辨率、分辨本领）：一个光学系统能分开两个物点的能力，数值上是刚能清楚地分开两个物点间的最小距离。（一）、光学显微镜的局限性可见光作光源，N.A可提高到1.5～1.6--→得r≌λ/2光学显微镜