高分辨扫描透射电子显微镜原理及其应用.pdf

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1、ൌဒ࠯ඌۚٳяೡ૭๩ഝ׈ሰཁັࣤჰ৘ࠣఃႋႨ*2015－01－20收到†email：zhihongjia@cqu.edu.cn贾志宏†丁立鹏陈厚文DOI：10.7693/wl20150704(重庆大学材料科学与工程学院重庆400044)Theprincipleandapplicationsofhigh-resolutionscanningelectronmicroscopy†JIAZhi-HongDINGLi-PengChenHou-Wen(CollegeofMaterialsScienceandEngineeringđChongqingUniversityđChong

2、qing400044đChina)摘要扫描透射电子显微术是目前应用最广泛的电子显微表征手段之一，具有分辨率高、对化学成分敏感和图像直观易解释等特点。其中高分辨扫描电子显微镜可以直接获得原子分辨率的Z衬度像，结合X射线能谱(EDS)和电子能量损失谱(EELS)，可在亚埃尺度上对材料的原子和电子结构进行分析。文章简述了扫描透射电子显微镜的基本原理及其应用现状，重点论述了高角环形暗场(HAADF)和环形明场(ABF)像的成像原理、特征和应用。此外，文中还对原子尺度分辨率的X射线能谱及电子能量损失谱元素分析方法进行了简述。关键词扫描透射电子显微镜，高角环形暗场像，X射线能谱，电

3、子能量损失谱AbstractScanningtransmissionelectronmicroscopy(STEM)iscurrentlyoneofthemostwidelyusedmethodsformicroscopicimaging,duetoitsadvantagesofimprovedresolution,highcompositionalsensitivity,anddirectlyinterpretableimages.High-resolutionSTEMcandirectlyob-tainatomicresolutionZ-contrastimages

4、,andalsoanalyzetheatomicandelectronicstructureofma-terialsonasub-angstromscaleincombinationwithX-rayenergy-dispersivespectrometry(EDS)andelectronenergylossspectrometry(EELS).ThefundamentalconceptandapplicationsofSTEMarebrieflyintroduced,andtheprinciple,characteristicsandapplicationsofhig

5、hangleannulardarkfieldandannularbrightfieldimagingaredescribed.ThecharacteristicsandapplicationsofEDSandEELSarealsobrieflydescribed.Keywordsscanningtransmissionelectronmicroscopy,highangleannulardarkfieldimaging,X-rayenergy-dispersivespectrometry,electronenergylossspectrometry1引言率、对化学成分敏

6、感以及可直接解释的图像，因而被广泛应用于从原子尺度研究材料的微观结构近20年来，随着电子显微技术的不断发展，及成分。其中高角环形暗场像(HAADF-STEM，Z高分辨扫描透射电子显微术(STEM)已经成为目前衬度像)为非相干高分辨像，图像衬度不会随着样最为流行和广泛应用的电子显微表征手段和测试品的厚度及物镜的聚焦的改变而发生明显的变方法。相比于传统的高分辨相位衬度成像技术，化，像中亮点能反映真实的原子或原子对，且像高分辨扫描透射电子显微镜可提供具有更高分辨点的强度与原子序数的平方成正比，因而可以获[1]得原子分辨率的化学成分信息。近年来，随着*国家自然科学基金(批准号：

7、51271209)资助项目c446c·44ज(2015୍)7௹球差校正技术的发展，扫描透射电镜的分辨率及散射电子，利用轴向明场探测器可以获得环形明探测敏感度进一步提高，分辨率达到亚埃尺度，场像(ABF)。ABF像类似于TEM明场像，可以形使得单个原子的成像成为可能。此外，配备先进成TEM明场像中各种衬度的像，如弱束像、相位能谱仪及电子能量损失谱的电镜在获得原子分辨衬度像、晶格像。θ3越小，形成的像与TEM明场率Z衬度像的同时，还可以获得原子分辨率的元像越接近；在θ2范围内，接收的信号主要为布拉素分布图及单个原子列的电子能量损失谱。因而我们