TEM结构原理及应用.ppt.ppt

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1、透射电子显微镜TEM天津大学分析测试中心主要内容§1透射电镜简介§2透射电镜主要结构§3透射电镜电子图象形成原理§4透射电镜样品制备§5应用透射电镜，即透射电子显微镜（TransmissionElectronMicroscope，TEM），是以波长极短的电子束作为照明源，用电磁透镜对透射电子聚焦成像的一种具有高分辨本领、高放大倍数的电子光学仪器。目前世界上最先进的透射电镜的分辨本领已达到0.1nm,可用来直接观察原子像。什么是透射电镜？通常人眼的分辨本领大概是0.2mm（即人眼可分辨的两点间最小距离为0.2mm）显微镜可分辨的两点间的最小距离，即

2、为显微镜的分辨率为什么采用电子束做为光源?采用物镜的孔径角接近90度考虑采用可见光波长极限390nm的光束照明显微镜系统，可得d约为200nm对于TEM在100kV加速电压下，波长0.0037nm，d约为0.002nm，目前电子显微镜达不到其理论极限分辨率，最小分辨率达到0.1nm光学显微镜与透射电镜的比较比较部分光学显微镜透射电镜光源可见光(日光、电灯光)电子源(电子枪)透镜光学透镜磁透镜放大成象系统光学透镜系统电子光学透镜系统样品1mm厚的载玻片约10nm厚的薄膜介质空气和玻璃高度真空像的观察直接用眼利用荧光屏分辨本领200nm0.2~0.3

3、nm有效放大倍数103×106×聚焦方法移动透镜改变线圈电流或电压TEM的结构组成TEM电子光学系统（主体）真空系统（辅助）电源与控制系统（辅助）透射电镜剖面图结构示意图1、电子光学系统组成电电子枪子聚光镜光样品台样品装置部分学物镜系中间镜成像部分统投影镜荧光屏底片盒照明部分观察记录部分A、照明部分电子枪：发射电子的场所，也是电镜的照明源。由阴极（灯丝）、栅极、阳极组成。阴极管发射的电子通过栅极上的小孔形成电子束，电子束有一定发射角，经阳极电压加速后射向聚光镜，起到对电子束加速加压的作用，形成很小的平行电子束。束流密度~10A/cm2束斑大小~4

4、nm2.场发射源束流密度105A/cm2束斑大小<1nm聚光镜：将电子枪所发出的电子束汇聚到样品平面上。并调节电子的孔径角、电子束的电流密度和照明光斑的大小，获得亮度高、近似平行、相干性好的照明束。钨灯丝—热发射B、样品装置部分样品台的作用是承载样品，并使样品能作平移、倾斜、旋转，以选择感兴趣的样品区域或位向进行观察分析。透射电镜的样品是放置在物镜的上下极靴之间，由于这里的空间很小，所以透射电镜的样品也很小，通常是直径3mm的薄片。C、成像部分物镜：为放大率很高的短距透镜，对样品成像和放大。它是决定TEM分辨本领和成像质量的关键。因为它将样品中的

5、微细结构成像、放大，物镜中的任何缺陷都将被成像系统中的其他透镜进一步放大。中间镜：是一个可变倍率的弱透镜，可以对电子像进行二次放大。通过调节中间镜的电流，可选择物体的像或电子衍射图来进行放大。投影镜：为高级强透镜，最后一级放大镜，用来放大中间像后在荧光屏上成像。D、观察记录部分荧光屏：在电子束照射下，电子图像反映在荧光屏上，可呈现终像。研究者通过观察窗在荧光屏上进行像的观察、选择和聚焦。3~10倍。照相底片：最常用的透射电镜的照相底片是片状的胶片。胶片的一面有厚度约为25μm的明胶层，明胶层含有均匀分散的10%的卤化银颗粒。照相底片在电子束的照射

6、下能感光。CCD相机：将荧光屏上成的电子图像转换后呈现在计算机显示器上，同样可以进行实时观察和调节，并可以直接保存成电子版图片2、真空系统为了保证电子在整个通道中只与样品发生相互作用，而不与空气分子碰撞，因此，整个电子通道从电子枪至照相底板盒都必须置于真空系统之内。如果真空度不够，就会出现下列问题：1）高压加不上去2）成象衬度变差3）极间放电4）使钨丝迅速氧化，缩短电子枪寿命电镜真空系统一般是由机械泵、油扩散泵、离子泵、阀门、真空测量仪和管道等部分组成。3、电源与控制系统透射电镜需要两部分电源：一是供给电子枪的高压部分，二是供给电磁透镜的低压稳流

7、部分。电压的稳定性是电镜性能好坏的一个极为重要的标志。加速电压和透镜电流的不稳定将使电子光学系统产生严重像差，从而使分辨本领下降。所以对供电系统的主要要求是产生高稳定的加速电压和各透镜的激磁电流。在所有的透镜中，物镜激磁电流的稳定度要求也最高。近代仪器除了上述电源部分外，尚有自动操作程序控制系统和数据处理的计算机系统。（a）高放大率（b）衍射（c）低放大率物物镜衍射谱一次象中间镜二次象投影镜三次象（荧光屏）选区光阑透射电镜成像原理透射电子显微镜成像实际上是透射电子束强度分布的记录，电子束透过试样所得到的透射电子束的强度及方向均发生了变化，由于试样

8、各部位的组织结构不同，因而透射到荧光屏上的各点强度是不均匀的，这种强度的不均匀分布现象就称为衬度，所获得的电子象称为透射电子衬度象。。透