第二章TEM原理与结构new.ppt

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1、第二章透射电镜的结构与成像原理第一节透射电镜的结构一、电子光学系统二、真空系统三、供电系统(电子学系统)电子光学系统真空系统供电系统三大部分TEM的基本构造电镜的组成(一）电镜的组成（二）高压电缆电子枪室第一、二聚光镜光阑样品臂物镜中间镜投影镜观察窗荧光板底片盒TEM剖面图观察室（一）、电子枪1、电子枪结构1)自给偏压式三极电子枪阴极：尖端发射电子栅极：控制电子束形状和发射强度阳极：加速电子、调节电子波长一、电子光学系统电子枪典型结构的主要部件图电子束形成示意图灯丝加热温度和发射电流之间的关系

2、TI1、电子枪结构2)场发射电子枪阴极：钨丝针尖阴极，其曲率半径1000Å～2000Å。第一阳极：相对于阴极有一正压，引发阴极场发射并控制发射电流强度。第二阳极：加速电子、调节电子波长场发射式电子枪名词：场发射：在金属表面加上极强的电场之后，金属表面势垒降低,在隧道效应的作用下，金属内部的自由电子穿过势垒从金属表面发射出来，向真空飞去，这种物理现象称为场发射场发射电子枪特点：亮度高；交叉光斑小，直径1µm，最小30－100Å；能量分散小；寿命长，给定寿命2000小时（实际可用3年左右）；分辨率高

3、，高分辨率的TEM和SEM都采用。1).钨丝阴极：热电子发射,最小交叉斑直径10~50µm,寿命20－25h,最长约200h2).LaB6阴极：低温热电子发射亮度高,寿命约1000h2、电子枪从材料可以分为：1、磁透镜的汇聚作用2、汇聚作用结论：磁透镜总是汇聚透镜磁场稍有变化，焦距f则有较大变化,磁场强度越强焦距越短透镜的放大倍数越高。（焦度1/f∝Hz2)，且电子加速电压越高，电子速度越快，电子越不被易折射，焦距f就越长(二)、磁电子透镜Hr：磁场强度的径向分量Hz：轴向分量1-3rFz∝r几

4、何光学作图法1).聚光镜：汇聚电子束，控制束斑的大小控制孔径角第一级聚光镜C1：短焦距强磁透镜第二级聚光镜C2：长焦距弱磁透镜2).物镜作用：形成样品第一级放大的像;改变其焦距f，对象进行精确聚焦.类型：短焦距强磁透镜3、TEM的磁透镜3).与物镜相关的装置A.物镜极靴保证磁场的轴对称，防止磁饱和,减少磁场能量的浪费B.物镜可动光阑30，50，70µm控制物镜孔径角、减小球差、增强像的反差C.物镜消像散器消除像散，提高物镜分辨率D.物镜的散热装置维持物镜低恒温，减少物镜热漂移30，50，70µm

5、电子束极靴电磁线圈电磁线圈物镜极靴纵面图带极靴的磁透镜4).中间镜和投影镜中间镜类型：长焦距弱透镜倍率可变M<20，可设二级作用：第二次放大图象、控制总放大倍数投影镜类型：短焦距强透镜，可设二级作用：第三次放大图象总放大倍数：M总=MOMIMP其中：MO：物镜放大倍数MI：中间镜放大倍数MP：投影镜放大倍数物镜：ObjectiveLens(OL)中间镜：IntermediateLens(IL)投影镜：ProjectorLens(PL)物镜100X样品第一级实像中间镜20X第二级实像最终像投影

6、镜100X1）位置：聚光镜和物镜之间2）作用：更换样品，承载样品，移动样品3）组成：样品载体，样品架，样品台，样品移动机构，空气闭锁装置，防污染装置4）结构分类：顶落式：样品台在物镜激励线圈上方，样品架由上而下落入物镜中，稳定度高，可以获得高分辨率图像。侧插式：样品台在物镜激励线圈下方，样品架由上侧面进入物镜中，结构复杂可以获得最短物镜焦距，常采用（三）、样品室防污染装置冷阱铜块（-100~-150°C）样品入射电子空心圆孔观察装置荧光板（<100µ,余辉适中）观察窗（含铅）双目显微镜（10倍，

7、长焦距）记录装置照相室、曝光操纵杆、自动曝光装置（四）、观察和记录装置1.机械泵工作原理真空度：10-2----10-3Torr1Torr＝1mmHg=1/760大气压＝133.3Pa760—10Torr粗真空10－10－3Torr低真空10－3－10－8Torr高真空10－8Torr以下超高真空二、真空系统一般采用方式：二级真空系统，由机械泵预抽真空再由机械泵和油扩散泵抽至高真空1．转子2．泵体壁3．刮片4．排气阑5空隙6．吸入旋转刮片式低压真空泵截面图2.油扩散泵（10-6----10-7T

8、orr）电镜要求在高真空下工作的原因：1）电子在平均自由程内，应不与任何粒子发生碰撞，不被散射，可“自由地”到达荧光屏，否则使电子发生散射，引起“弦光”并降低成像的反差。2）电子枪负高压引起残余气体分子电离和放电，导致电子束不稳定或产生“闪烁”现象。3）灼热的灯丝遇到气体会受到腐蚀而容易断裂，减少灯丝寿命，甚至烧断。4）残余气体聚集到样品和光阑上会污染样品表面，增加像散，再次降低像的质量。所以为了提高图像质量、延长灯丝寿命必须使电镜的镜筒达至一定的真空度。3.高真空的必要性4.真空系统其它附属装