第二篇 电子显微分析

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1、2.1电子显微镜中的电子光学问题2.2透射电子显微镜的结构2.3电子衍射2.4金属薄膜成像2.5复型2.6扫描电子显微分析第二篇电子显微分析术2.1电子显微镜中的电子光学问题2.1.1光学显微镜的局限性2.1.2电子性质2.1.3电子透镜的像差2.1.4成像透镜及性质2.1.1光学显微镜的局限性分辨本领:指光学仪器所能区分的两相邻物点之间最小距离∆r0越小，表示能分清物体的细节越细，分辨本领越好。2.1.1光学显微镜的局限性可见光的波长在3900~7600埃，则其极限分辩率为2000埃半波长是光学玻璃透镜分辨本

2、领的理论极限对玻璃透镜来说，取最大孔径半角α=70～750，在物方介质为油的情况下，n=1.52，那么其数值孔径nsinα=1.25~1.35∆r。=(1/2)2.1.2电子性质高速运动的电子所具有的动能:电子波是物质波的一种:其中：h=6.62×10-34焦耳·秒e=1.60×10-19库仑m0=9.11×10-31千克(电子的静止质量)2.1.2电子性质电子的波长：电子质量的校正2.1.2电子性质加速电压与电子波长加速电压（kV）电子波长（Å）加速电压（kV）电子波长（Å）250.0762000.0255

3、00.0545000.014750.04310000.00871000.03730000.0036注意光波波长4000~8000Å.电子波长是光波长的10万分之一由得:电子显微镜的理论分辨率~0.02Å，电子显微镜的实际分辨率~2Å（1.0-2.0Å）原因:电子透镜不完善，有像差（球差、色差、像散）电子透镜孔径角之半~0.01弧度（sin≈10-2）2.1.3电子透镜的像差电磁透镜的像差：球差像散色差球差球差即球面像差，是磁透镜中心区和边沿区对电子的折射能力不同引起的球差球差最小散焦斑的半径在原物面上的折算

4、值如下：Cs—球差系数，通常相当于焦距，1~3mmα—电磁透镜的孔径半角若两点距离<时，不能分辨通常物镜的值相当于它的焦距大小，对大多数TEM～3mm；高分辨电镜(HREM)<1mm。因为。若用小孔光栏挡住外围射线，可以使球差迅速下降。但也使分辨率降低，因此，必须找出两者合成效应的最小的值。现代物镜可获得~0.3mm，~10-3弧度，对应的分辨率为～2Å。2.1.3电子透镜的像差像散由于电磁透镜的周向磁场非旋转对称透镜像散的产生示意图像散造成像散的原因：极靴的机械不对称极靴内部被污染极靴材料内部结构和

5、成份不均匀像散对分辨率的限制往往超过球差和衍射差，但像散可矫正（引入一个强度和方位可调的矫正场，称为消像散器）色差色差是由于成像电子波长（或能量）变化引起透镜焦距变化而引起的色差色差的产生色差稳定加速电压和透镜电流可减小色差在物平面上的圆斑半径为：Cc—色散系数，a—孔径角之半，电子能量变化景深和焦长景深：指当像平面固定时（像距不变），能维持物像清晰的范围内，允许物平面（样品）沿透镜主轴移动的最大距离Df焦长：固定样品的条件下(物距不变),像平面沿透镜主轴移动时仍能保持物像清晰的距离范围电磁透镜景深Df与焦长D

6、L景深Df取Δr0=1nm，～10-3rad则Df=200～200nm试样（薄膜）一般厚200～300nm，上述景深范围可保证样品整个厚度范围内各个结构细节都清晰可见.焦长取Δr0=1nm, α=10-2rad若M=200，DL=8mm若M=20000，DL=80cm电磁透镜的这一特点给电子显微镜图像的照相记录带来了极大的方便，只要在荧光屏上图像聚焦清晰，在荧光屏上或下十几厘米放置照相底片，所拍得的图像也是清晰的。2.1.4成像透镜及性质电子在磁场中的运动特征：电子在磁场中的运动轨迹受磁场的强度和形状制约光学

7、玻璃透镜对于光学玻璃透镜，平行光穿过透镜后发生折射就会聚焦在透镜的焦点上电磁透镜电磁透镜实质是一个通电的短线圈，它能造成一种轴对称的不均匀分布磁场在轴对称的磁场中，电子在磁场内作螺旋近轴运动电磁透镜的聚焦原理示意图洛仑兹力：正电荷在磁场中运动时受到磁场的作用力利用电磁线圈产生磁场的电磁透镜可以通过调节电流而很方便地调节磁场强度，从而调节透镜焦距和放大倍数带有软磁铁壳的电磁透镜示意图环状狭缝——减少磁场的广延度，使大量磁力线集中在缝隙附近的狭小地区之内，增强磁场强度。带有带有极靴的磁透镜极靴——进一步缩小磁场轴向

8、宽度，在环状间隙两边，接出一对顶端成园锥状的极靴，可使有效磁场集中到沿透镜轴几mm范围。习 题电子波有何特征?与可见光有何异同?分析电磁透镜对电子波的聚焦原理，说明电磁透镜的结构对聚焦能力的影响。电磁透镜的像差是怎样产生的?如何消除和减少像差?说明影响光学显微镜和电磁透镜分辨率的关键因素是什么?如何提高电磁透镜的分辨率？电磁透镜景深和焦长主要受哪些因素影响?说明电磁透镜的景深大、焦长长