《电镜结构》PPT课件

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1、电子显微分析2001年7月1基本内容1电镜的结构与成象2电镜中的电子衍射及分析1）斑点花样（原理、实验方法、指数标定及应用）2）菊池线花样（原理、指数标定、应用）3）会聚书束花样（原理、实验方法、指数标定及应用）3电镜显微图象解释1）复形象2）衍衬象3）相位象4扫描电子显微术5X射线显微分析和俄歇能谱分析2第一章电镜的结构与成象1.1光学显微镜的局限性1）一个世纪以来，人们一直用光学显微镜来揭示金属材料的显微组织，借以弄清楚组织、成分、性能的内在联系。但光学显微镜的分辨本领有限，对诸如合金中的G.P区（几十埃）无能为力。2）最小分辨距离计算

2、公式其中——最小分辨距离——波长——透镜周围的折射率——透镜对物点张角的一半，称为数值孔径，用N.A表示33)由于光的衍射，使得由物平面内的点O1、O2在象平面形成一B1、B2圆斑（Airy斑）。若O1、O2靠的太近，过分重叠，图象就模糊不清。O1O2dLB2B1Md强度D图（a）点O1、O2形成两个Airy斑；图（b）是强度分布。（a）（b）4图（c）两个Airy斑明显可分辨出。图（d）两个Airy斑刚好可分辨出。图（e）两个Airy斑分辨不出。I0.81I54）对于光学显微镜，N.A的值均小于1，油浸透镜也只有1.5—1.6，而可见光的

3、波长有限，因此，光学显微镜的分辨本领不能再次提高。5）提高透镜的分辨本领：增大数值孔径是困难的和有限的，唯有寻找比可见光波长更短的光线才能解决这个问题。1.2电子的波长比可见光波长更短的有：1）紫外线——会被物体强烈的吸收；2）X射线——无法使其会聚；3）电子波根据德布罗意物质波的假设，即电子具有微粒性，也具有波动性。电子波6h——Plank常数，m——v——电子速度显然，v越大，越小，电子的速度与其加速电压（E伏特）有关即而则埃即若被150伏的电压加速的电子，波长为1埃。若加速电压很高，就应进行相对论修正。（参考教材P3表1-1）71.3

4、电子透镜1）电子可以凭借轴对称的非均匀电场、磁场的力，使其会聚或发散，从而达到成象的目的。由静电场制成的透镜——静电透镜由磁场制成的透镜——磁透镜2）磁透镜和静电透镜相比有如下的优点目前，应用较多的是磁透镜，我们只是分析磁透镜是如何工作的。磁透镜静电透镜1.改变线圈中的电流强度可很方便的控制焦距和放大率；2.无击穿，供给磁透镜线圈的电压为60到100伏；3.象差小。1.需改变很高的加速电压才可改变焦距和放大率；2.静电透镜需数万伏电压，常会引起击穿；3.象差较大。83）磁透镜结构剖面图图1-294）磁透镜使电子会聚的原理OO’z图1-3（a

5、）电子在磁透镜中的运动轨迹AC10OO’AC图1-3（b）A点位置的B和v的分解情况11电子在磁场中要受到磁场作用力：即圆周运动切向运动向轴运动在C处有一离心作用力，可以抵消与A点相当的向轴作用力，但A、C中心处特别大的向轴力是抵不掉的，电子继续向轴偏转。出磁场后又是直线运动。12所有从O点出发的电子类似的轨迹运动，在v一定时，当轨迹与轴的角度很小时，电子会聚在O’点（O）的象。平行于轴的电子运动轨迹如下图所示O象物O’baα象物α图1-3（c）平行光轴电子束经透镜成象的情况；a~b为磁场作用区域。13我们有下面的结论：1）所有从同一点出发

6、的不同方向的电子，经透镜作用后，交于象平面同一点，构成相应的象。2）从不同物点出发的同方向同相位的电子，经透镜作用后，会聚于焦平面上一点，构成与试样相对应的散射花样。有极靴的透镜极靴使得磁场被聚焦在极靴上下的间隔h内，h可以小到1mm左右。在此小的区域内，场的径向分量是很大的。计算透镜焦距f的近似公式为电子显微镜可以提供放大了的象，电子波长又非常短，人们便自然地把电子显微镜视为弥补光学显微镜不足的有利工具14Oz图1-4带铁壳的带极靴的透镜O’15有极靴B（z）没有极靴无铁壳z图1-4磁感应强度分布图161.4电子透镜的缺陷和理论分辨距离电

7、子透镜也存在缺陷，使得实际分辨距离远小于理论分辨距离，对电镜分辨本领起作用的是球差、象散和色差。1）球差球差是由于电子透镜的中心区域和边沿区域对电子的会聚能力不同而造成的。远轴的电子通过透镜是折射得比近轴电子要厉害的多，以致两者不交在一点上，结果在象平面成了一个满散圆斑，半径为还原到物平面，则为球差系数，最佳值是0.3mm。为孔径角，透镜分辨本领随增大而迅速变坏。17αP’象P’’透镜物P光轴图1-5（a）球差182）象差磁场不对称时，就出现象差。有的方向电子束的折射比别的方向强，如图1-5（b）所示，在A平面运行的电子束聚焦在Pa点，而在

8、B平面运行的电子聚焦在Pb点，依次类推。这样，圆形物点的象就变成了椭圆形的漫散圆斑，其平均半径为还原到物平面为象散引起的最大焦距差；透镜磁场不对称，可能是由于极靴被污染，或极靴的