透射电子显微论文

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1、2011年季学期研究生课程考核考核科目：电子显微分析技能训练学生所在院（系）：材料.学院学生所在学科：材料加T工学生姓名：葛光男学号10S009135学生类别:阅卷人一种用来精确测定材料价电子分布和界面点阵位移的电子衍射技术1.前沿众所周知，材料的物理性能与其原子间的结合方式直接相关。因此，精确测屋材料的电荷密度及其点阵缺陷对于了解材料的性能至关重要。传统的测量材料电荷密度的方法主要是x射线衍射（XRD）o近年來随着定量会聚束电子衍射技术的发展，电子衍射（ED）在测量晶体核外电荷密度分布方而变得越来越重要。XRD是X射线与原

2、子的核外电荷相互作用的结果，而ED则是入射的高能电了与晶体的静电势相互作用的结果。因此，XRD测量的是晶体总的电荷密度。ED则因为晶体的静电势主要受价电了影响，因而对晶体的价电子分布很敏感。XRD和ED对品体中电荷转换的灵敏度可由Mon公式进一步阐明：/0）=8^（z-n（1）hs这里，上标e和x分别表示电子和x射线的散射振幅，z是原子序数，m。是电子静止质量。h是Planck常数。e是电子的电荷，s是散射矢量。在小角度散射下，s接近于零，这时即使俨的变化很小也会引起俨有很大变化。所以，在小角度散射瓦ED比XRD对晶体的价电

3、子分布更敏感。而且定量电子衍射在测量低指数结构因子时具有很简的楮度。与此相反，XRD在测虽高指数结构因子时具冇较高的精度,但由于消光的原因对低指数结构因了的测量精度不高。因此，x射线衍射和电子衍射是互补的。在缺乏单晶x射线数据的情况下，也可以用ED测量的高梢度低指数结构因子來验证密度泛涵理论。为了梢确测定结构因子，近年來开发了一种基于阴彫像的会聚束电子衍射技术。该技术同时记录许多衍射束的强度变化，被称之为PARODI衍射技术。2.PARODI技术原理及特点将电子束会聚在样詁上方或下面（通常是在样詁上方），并让电子朿照射到一楔

4、形区域，曲此在衍射盘中形成阴影像（如图1）。该方法与传统CBED不同的地方是在衍射盘中引入了厚度变暈，这时衍射盘屮的精细结构不仅含有取向信息（偏离参量s）,而且还含有厚度变化信息（厚度t）o该方法对大单胞晶体特别有用。在人单胞晶体情况下，为避免衍射盘重叠，必须使用小的会聚角，这样由于盘中取向不同引起的强度变化就很小，其给出的信息屋很小。一般情况下不足以用來精确测定结构因了。使用PARODI方法后则衍射盘中还含冇厚度变化信息，调节聚焦高度或选择坡度较陡的楔形区域，町得到厚度从0到儿百纳米变化的衍射强度信息，因而可精确确定结构因

5、了。图2a显示了实验所得楔形晶体的001系列阴影像或PARODI花样，是用富士成像感光板在JEOL3000FEG透射电了显微镜中得到的，其上方是该衍射花样沿001方向的强度线扫描。由于Bi・2212的c轴很长,因此001衍射斑排列很密,一次曝光就可同时得到30多支衍射或阴影像。在图2a的各盘中，阴影像的左上方対应于真空,这在000盘中很容易看到。图2b是图2a中0014反射的放大像,图2c是根据多束Bloch力学方法计算所得0014反射的阴影像。盘中的厚度从左上角开始往右下角增加。强度沿厚度方向（图2b中箭头方向）的振荡（即

6、Pendellijsung条纹）源于厚度的增加，其周期是相应衍射的消光距离。PARODI方法有以下优点：（l）Xj-大单胞品体，可以同时记录儿十支电子衍射（图2a中有30支衍射），这就确保所有的衍射具有完全相同的曝光时间及其入射电子束方向。(2)由于电了束没冇聚焦在样品上，所以样品的辐射损伤远比传统的CBED要小。(3)由于每支衍射束中具有不同厚度的数据点是独立的，因此人人提高了实验数据数最与有待确定变量的数量之比。这对•提高反推结构因子时的可靠性是非常重要的。图1相干PARoDI衍射技术示意图。图2a:从Bi-2212楔形

7、晶体屮得到的PARODI衍射图。b：0014衍射盘的放大像;c：基于多束Bloch动力学d：从电子能量损火谱得到的厚度分布图中的线扫描。衍射盘屮阴影像的强度分布少品体厚度密切和关。为了简化分析，理想的楔形是其厚度呈线性增加。如果从零厚度开始，厚度的线性增加使得只要用一个变量、最大厚度t咖X—就对得到阴彫像中所有点的厚度数据，从而计算相应的衍射强度。在实验中，找到一个好的楔形并不是很困难的事悄，特别是当电了束的交叉点靠近样品或照射区域较小的时候。楔形晶体的厚度分布可以通过电子能量损失谱到。图2d是从EELs得到的厚度分布图屮的

8、线扌「I描Illi线，表明所研究的楔形品体的厚度增加是线性的。实际上，只耍知道楔形品体的厚度分布图，就口J以计算任何形状的楔形晶体的PARODI衍射图，而楔形晶体的厚度分布图可通过EELS,电子全息术具至质厚衬度形貌像得到。但为简单起见，还是以得到线性厚度增加的楔形晶体为好。与传统的CBE