材料分析测试方法第十一节透射电子显微镜

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1、1透射电子显微镜物理学院邢晓东xingxd@nankai.edu.cn13662195823课件保存于：cailiaofenxi2013@163.com密码：xingxiaodong2透射电子显微镜一、透射电子显微镜的结构二、透射电子显微镜的工作原理3一、透射电子显微镜的结构透射电镜的组成部分：（1）电子光学系统电镜的核心部分，为直立积木式结构（镜筒），上面是照明系统，中间是成像放大系统，下面是观察与记录系统；（2）真空系统为镜筒提供10-4～10-6Torr的真空度（3）电源系统（4）循环冷却

2、系统（5）控制系统4一、透射电子显微镜的结构照明系统成像放大系统观察记录系统透射电镜电子光学系统的基本结构、原理与光学显微镜很相似，均包括三个部分：5一、透射电子显微镜的结构透射电镜电子光学系统图透射电子显微镜的剖面图6一、透射电子显微镜的结构（1）照明系统组成部分：电子枪、聚光镜和相应的平移对中、倾斜调节装置作用：提供一束亮度高、相干性好（能量稳定、平行度好）、照明孔径角小和束流稳定的照明源。通过聚光镜的控制可以实现从平行照明到大会聚角的照明条件。为满足中心暗场成像的需要，照明电子束可在2˚~

3、3˚范围内倾斜。7一、透射电子显微镜的结构（1）照明系统A、电子枪类型：热电子发射型、场发射型热电子发射型的热阴极三极电子枪：阴极：灯丝（钨、LaB6）阳极：中央带小孔的金属板，接地（给电子加速）栅极：控制极，使电子束强烈会聚（成实际电子源）图电子枪结构示意图1：阴极；2：栅极；3：阳极；4：电子束交叉点8一、透射电子显微镜的结构（1）照明系统电镜中唯一的静电透镜，等电位面在空间呈弯曲状；电子枪交叉点即所谓的电子源，交叉点处电子束直径约几十微米。（a）自偏压回路（b）电子枪结构图9一、透射电子显

4、微镜的结构（1）照明系统阴极材料：六硼化镧（LaB6）为了提高照明亮度，随后发明了电子逸出功小的材料作阴极。它比钨丝阴极的亮度高1～2数量级，而且使用寿命增长。图LaB6电子枪的结构原理图10一、透射电子显微镜的结构（1）照明系统场发射电子枪（FEG：fieldemissiongun）目前亮度最高的电子枪。在金属表面加一个强电场，金属表面的势垒就变小，由于隧穿效应，金属内部的电子穿过势垒从金属表面发射出来，这种现象称为场发射。图场致发射电子枪结构原理图11一、透射电子显微镜的结构（1）照明系统表

5、各种电子枪特性比较类型钨丝LaB6热场发射冷场发射亮度(200kV)/(A·cm-2·sr-1)5×1055×1065×1085×108光源直径/μm20~501~100.01~0.10.01~0.1阴极温度/K280018001600~1800300工作真空/Pa10－310－510－710－8寿命/h60~20010001000～2000>2000能量发散度/eV2.31.50.6~0.80.3~0.512一、透射电子显微镜的结构（1）照明系统B、聚光镜系统（CondenserLens)聚光

6、镜用来会聚电子枪发出的电子束，以最小的损失照明样品（即将电子枪第一交叉点的电子束聚集到试样上），并调节控制该处的照明强度、孔径角和束斑尺寸。照明系统光路图13一、透射电子显微镜的结构（1）照明系统照明系统光路图双聚光镜系统：第一聚光镜：短焦距的强激磁透镜束斑缩小率约为1/10~1/50，将电子枪第一交叉点束斑（直径50μm）缩小为1~5μm；第二聚光镜：长焦距的弱激磁透镜适焦时放大倍数为1~2倍；样品表面上的电子照明束斑直径为2~10μm；14一、透射电子显微镜的结构（1）照明系统双聚光镜系统优

7、点：聚光镜和物镜之间有足够的空间放置样品和其他装置；方便调节束斑尺寸，满足满屏要求和亮度要求，电子束的平行性和相干性都较好；15C、聚光镜光阑一般称之为：第二聚光镜光阑，安装在第二聚光镜下方的焦平面位置；作用：限制照明孔径角，可以挡掉高角度散射即远离光轴的电子，提高电子束的平行性和空间相干性，控制照射到样品上的光斑大小和光照强度。光阑孔直径：20～400m一、透射电子显微镜的结构16一、透射电子显微镜的结构聚光镜光阑17一、透射电子显微镜的结构（1）照明系统C、垂直照明和倾斜照明—电磁偏转器B

8、FDF物镜光阑：选择透射斑为明场像；衍射斑为暗场像；远轴电子，球差和像散严重，图像质量不高；18C、电子束倾斜与平移装置电磁偏转器：作用是使入射电子束平移和倾斜。一、透射电子显微镜的结构19C、电子束倾斜与平移装置通过电磁偏转器使入射电子束平移和倾斜。中心暗场成像CDF：入射电子偏转2θ，衍射束平行于光轴，图像分辨率高；一、透射电子显微镜的结构20一、透射电子显微镜的结构（1）照明系统照明系统光路图照明系统的作用：提供一束亮度高、照明孔径角小、平行度好（相干性好）、束流稳定的电子束；电子束的相干