第五章 电子衍射衬度成像ppt课件.ppt

《第五章 电子衍射衬度成像ppt课件.ppt》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。

1、第五章电子衍射衬度成像5.1电子像衬度的分类及其成像方法5.1.1质厚衬度成像原理5.1.2衍射衬度成像的原理5.1.3相位衬度成像原理5.2衍衬运动学理论5.2.1基本假设和近似处理5.2.2完整晶体衍衬的运动学方程5.2.3完整晶体运动学衍衬理论的实验验证5.2.4.缺陷晶体衍衬的运动学理论及其应用5.3衍衬动力学理论(波动光学方程)5.3.1电子的散射及其交互作用5.3.2完整晶体衍衬动力学方程第五章电子衍射衬度成像5.3.3完整晶体的动力学方程的解5.3.4厚度消光和弯曲消光5.3.5反常吸收效应5.3.6缺陷晶体衍衬动力学方

2、程及其应用5.3.7缺陷晶体衍衬像的计算机模拟及其应用第五章电子衍射衬度成像本章要点电子像衬度有三类：质厚衬度，衍射衬度和相位衬度，其中衍射衬度和相位衬度是最为重要的；2.完整晶体衍衬运动学理论能定性解释弯曲消光条纹和厚度消光条纹；而缺陷晶体的衍衬运动学理论导出的不可见判据是鉴别缺陷（层错和位错）类型的依据；3.考虑吸收的完整衍衬动力学方程能定量地解释弯曲消光条纹和厚度消光条纹；而缺陷晶体的衍衬动力学方程不仅能确定缺陷的类型，而且能定量解释缺陷（层错和位错）的细节特征；4.对于各向同性晶体中的缺陷，可用不可见判据来确定缺陷的类型，但对

3、于各向异性显著的晶体中缺陷，必须通过计算机模拟来确定。5.1电子像衬度的分类及其成像方法电子像衬度可分为三类，即质量厚度衬度（简称质厚衬度）或称散射吸收衬度、电子衍射衬度(简称衍衬)和相位衬度。5.1.1质厚衬度成像原理一、单个原子对入射电子的散射当入射电子穿透非晶体薄膜样品时，将与样品发生相互作用，即与原子核相互作用，或与核外电子相互作用，由于电子的质量比原子核小得多，所以原子核对入射电子的散射作用，一般只引起电子改变运动方向，而无能量变化（或变化甚微）,这种散射叫做弹性散射。散射电子运动方向与原来入射方向之间的夹角叫做散射角，用来

4、表示，如图5.1所示。5.1.1质厚衬度成像原理散射角α的大小取决于瞄准距离rn，原子核电荷Ze和入射加速电压U。它们的关系如下：或（5.l）图5.1电子受原子的散射（a）被原子核弹性散射；（b）被核外电子非弹性散射当一个电子与一个孤立的核外电子发生散射作用时，由于两者质量相等，散射过程不仅使入射电子改变运动方向，还发生能量变化，这种散射叫做非弹性散射。散射角可由下式来定；或(5.2)5.1.1质厚衬度成像原理一个原子序数为Z的原子有Z个核外电子。因此，一个孤立原子把电子散射到α以外的散射截面，用σ0来表示，等于原子核弹性散射截面σn

5、和所有核外电子非单性散射截面Zσe之和，即σ0=σn+Zσe。原子序数越大，产生弹性散射的比例（σn/Zσe=Z）就越大。弹性散射是透射电子显微成像的基础；而非弹性散射引起的色差将使背景强度增高，图像衬度降低。5.1.1质厚衬度成像原理二、质厚衬度成像原理电子显微镜图像的衬度取决于投射到荧光屏或照相底片上不同区域的电子强度差别。对于非晶体样品来说，入射电子透过样品时碰到的原子数目越多（样品越厚或原子密度越大），样品原子核库仑电场越强，被散射到物镜光阑外的电子就越多，而通过物镜光阑参与成像的电子强度也就越低，因此，样品中相邻区域不同的厚

6、度或密度就会导致成像电子强度的差异，这就产生了衬度。下面讨论非晶体样品的厚度、密度与成像电子强度的关系。5.1.1质厚衬度成像原理如果忽略原子之间的相互作用，则每立方厘米包含N个原子的样品的总散射截面为(5.3)式中：N——单位体积样品包含的原子数，N=NA(ρ为密度；A为原子量；NA为阿伏伽德罗常量)；σ0为原子散射截面。所以那么在面积为1cm2，厚度为dt的样品体积内散射截面为5.1.1质厚衬度成像原理如果入射到1cm2样品表面积的电子数为n，当其穿透dt厚度样品后有dn个电子被散射到光阑外，即其减小率为dn/n，因此有(5.4)

7、若入射电子总数为n0（t=0），由于受到t厚度的样品散射作用，最后只有n个电子通过物镜光阑参与成像。将式（5.4）式积分得到n=n0e-Qt（5.5）由于电子束强度I＝ne（e为电子电荷大小），因此上式可写为I=I0e-Qt（5.6）5.1.1质厚衬度成像原理当Qt=l时(5.7)tc叫临界厚度，即电子在样品中受到单次散射的平均自由程。因此，可以认为，t≤tc的样品对电子束是透明的，相应的成像电子强度为(5.8)鉴于(5.9)5.1.1质厚衬度成像原理若定义ρt为质量厚度，那么参与成像的电子束强度I随样品质量厚度ρt增大而衰减。当Qt

8、=l时(5.10)我们把(ρt)c叫做临界质量厚度。随加速电压的增加，电子束对样品透明的临界质量厚度(ρt)c增大。5.1.1质厚衬度成像原理下面来推导质厚衬度表达式。如果以IA表示强度为I0的入射电子通过样品A区域（厚