透射电子显微镜结构

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1、第二章透射电子显微镜结构一、照明系统（电子光学系统）二、成像系统三、样品台四、真空系统五、稳压系统透射电子显微镜概述1透射电子显微镜(TEM简称透镜)是以波长极短(10-2Å)的电子束作为照明源，用电磁透镜聚焦成像的一种高分辨本领、高放大倍数的电子光学仪器。它由电子光学系统(镜筒)，电源和控制系统(包括电子枪高压电源，透镜电源，控制线路电源等)和真空系统等部分组成。光路：镜筒是显微镜放大成像的核心部分，它的光路原理与透射型式的光学显微镜十分相似，如图所示。本章主要介绍各部分的作用原理。透镜常用热阴极电子枪来获得电

2、子束作为照明源。热阴极(如加热发夹形钨丝)发射的电子在阳极加速电压的作用下，高速地穿过阳极孔，被聚光镜会聚成很细的电子束照明样品。由于电子穿透能力很弱，样品要求做得很薄，如20OOÅ左右（甚至10OOÅ）。透过样品的电子束强度取决于样品微区的厚度、平均原子序数、晶体结构或位向的差别，经过物镜聚焦放大在其像平面上形成一幅反映样品微观特征的高分辨的透射电子像。然后再经中间镜和投影镜进一步放大，投射到荧光屏上，透射电子的强度分布转换为人眼直接可见的光强度分布，或由照相底片感光记录，从而得到一幅具有一定衬度的高放大倍数的

3、图像。垂直结构：为了确保显微镜的高分辨本领，镜筒要有足够的刚度，一般做成直立积木式结构，顶部是电子枪，接着是聚光镜、样品室、物镜、中间镜和投影镜，最下部是荧光屏和照相装置。这样的结构既便于固定，又利于真空密封。透射电子显微镜概述2级别：镜筒的复杂程度主要取决于显微镜的综合性能。简易透射电子显微镜：(分辨本领劣于50Å)只有两个透镜。即物镜和投影镜；普通性能透射电子显微镜(分辨本领20一50Å)有四个透镜，即单聚光镜、物镜、中间镜、投影镜和相应的机械式或电磁式对中装置；高性能透射电子显微镜(分辨本领优于10Å，2Å

4、)有5－6个(甚至7个)透镜，即双聚光镜、物镜、第一及第二中间镜、投影镜和比较完善的机械式或电磁式对中装置。图2，3，分别是机械式对中和电磁式对中的透射电子显微镜镜筒剖面图。目前绝大多数透射电子显微镜都是电磁透镜式的，操作十分方便。只要转动旋钮，就可以方便地改变相应透镜的激磁电流，改变照明电子束强度和照明孔径角;改变放大倍数或聚焦。样品台控制：利用装在镜筒外的样品移动杆，控制样品在一个精确的平面上平移，以选择不同的视域供观察、记录。高性能透射电子显微镜还配备了精密的倾斜样品台，在观察过程调节薄晶体样品相对于电子束

5、倾斜一定的角度(最大可达±450或±600)以获得最佳的衬度以及在不同位向下的有用资料。透射电子显微镜概述3高真空度：为了确保电子枪电极间电绝缘；防止成像电子在镜筒内受气体分子碰撞而改变运动轨迹，减小样品污染，镜筒内接触电子束的部分均需保持高真空，一般优于10-5－10-7τ(1τ=1mmHg)高分辨：在现有的各种型式显微镜中，透射电子显微镜性能最高，点分辨本领优于3－5Å，晶格分辨本领可达1~2Å，放大倍数高达数十万倍。而超高分辨本领的透射电子显微镜还能直接显示固体晶格像和结构像，甚至可以用来观察重金属原子像。

6、超高压透镜：六十年代以来由于超高压(加速电压500~3000kV)透射电子显微镜的发展，使可观察样品的厚度提高到微米级，而且还改善了图像的分辨率和衬度，引起了包括金属材料及工艺在内的许多部门的重视。透射电子显微镜结构透射显微镜构造原理和光路透射电子显微镜透射光学显微镜透射电子显微镜日立H-800透射电子显微镜日立H-800U=200KV∆r0＝4.0ÅM=600,000×位错及基体结构相位错及基体结构相位错纳米材料透镜相机一、照明系统（电子光学系统）一、照明系统（电子光学系统）电子枪：提供稳定的电子照明源聚光镜（

7、二级、有光栏）：束斑2μm物镜及偏转线圈(STEM)：束斑8.0－0.1μm1、电子枪提供稳定的电子照明源提供稳定的电子照明源电子枪示意图电子枪自偏压回路电子枪自偏压回路自偏压线路（负反馈）：如图所示，给栅极提供比阴极负几百伏至近千伏的偏压。整个电子枪可以看作三极静电透镜。当阴极电位和阴极高度(阴极尖端至栅极孔距离)一定时电极间的电位分布主要取决于栅极电位，使阴极尖端发射电子的区域限制在100x150μm。如果由于阴极加热电流或阴极本身的电阻变化导致发射电子束流的变化。自偏压回路将自动地改变栅极的偏压，调整阴极尖

8、端发射电子区城的大小，使电子流的发射趋向稳定的饱和值。第一交叉点：这种三极静电透镜系统对阴极发射的电子束还起着聚焦作用，在阳极孔附近形成一个直径5Oμm左右的第一交叉点，即通常所说的电子源。2、聚光镜高性能透射电子显微镜都采用双聚光镜照明系统，如图所示。第一聚光镜：强激磁透镜：，缩小率为10~50倍左右，将电子枪第一交叉点像缩小为1-5μm。第二聚光镜：弱激磁透镜，适焦时