第1章电子光学基础

第三部分

电子显微分析第1章电子光学基础第2章电子束与材料的相互作用第3章透射电子显微分析第4章

电子衍射第5章

扫描电镜与电子探针分析第1节电子光学基础

1.0电子显微分析概述1.1电子波与电磁透镜1.2电磁透镜的像差与分辨本领1.3电磁透镜的景深和焦长1.0电子显微分析概述电镜是根据电子光学原理，用电子束和电子透镜代替光束和光学透镜，使物质的细微结构在非常高的放大倍数下成像的仪器。观察微小物体的历史，从放大镜开始然后进入显微镜时代。当光学显微镜达到了分辨本领极限时，促成了电子显微镜的发明。

光学显微镜的构思是：直接观察物体放大后的像，以代替用放大镜观察物体本身。因此需要有两块透镜组合起来。光学显微镜的有效放大率埃贝等从理论证明：光学显微镜分辨本领界限的因素是——光线的波长，因为光学显微镜是利用光线来看物体的，为了要看到物体，物体的尺寸必须大于光的波长，这就是光学显微镜所以会有极限的原因，也称为光的衍射效应的影响，是无法克服的极限，这个极限在200nm左右。有效放大率=人眼分辨本领值/显微镜分辨本领值眼睛是怎样看见东西的？照相机有镜头、光圈、暗箱、底片和调节装置。人眼的结构的角膜和晶状体相当于镜头，瞳孔相当于光圈，脉络膜相当于暗箱，视网膜相当于底片。光学显微镜的原理扫描电镜OM-TEM-SEM1.1电子波与电磁透镜1.1光学显微镜的分辨率极限1.2电子波的波长1.3电磁透镜电磁谱1.1.1光学显微镜的分辨率极限分辨本领指成像物体(试样)上能分辨出来的两个物点间的最小距离。光学显微镜的分辨本领为：光学显微镜的分辨本领的极限为2000Å。1924年德布罗意(DeBrolie)发现电子波的波长比可见光短十万倍。1926，布施(Busch)指出轴对称非均匀磁场能使电子波聚焦。1933年鲁斯卡(Rushka)等制造了世界上第一台TEM。1.1.2电子波的波长电子显微镜的照明光源是电子波。电子波的波长取决于电子运动的速度和质量，即：电子的速度和加速电压U间存在下面关系：电子波的波长：不同加速电压下电子波的波长(经相对论校正)1.1.3电磁透镜电磁透镜的聚焦原理示意图带有软磁壳的电磁透镜示意图物距：L1像距：L2焦距：f放大倍数：M电磁透镜的焦距近似计算式：电磁透镜是一种变焦距或变倍率的会聚透镜有极靴电磁透镜1.2电磁透镜的像差与分辨本领1.2.1像差1.2.2分辨本领1.2.1像差球差球差即球面像差，是由于电磁透镜的中心区域和边缘区域对电子的折射能力不符合预定的规律而造成的。离开透镜主轴较远的电子(远轴电子)比主轴附近的电子(近轴电子)被折射程度过大。像散由透镜磁场的非旋转对称而引起的可以通过消散像器来弥补

场发射-透射常规-透射场发射-扫描用途说明高分辨极靴(HR)●0.19nm×●1nm高分辨原子像、晶格像高倾角极靴(HT)×●×分析型专用数字相机(MSC)●894(2k×2k)●794(1k×1k)×数字成像用X射线能谱(EDS)●●●微区元素、杂质分析二次电子像(SE)××●表面形貌分析背散射像(BS)××●表面形貌辅助手段加热样品台(HeatingStage)×●●可到1000°C低温样品台(CoolingStage)×●●液氮温度—摄氏200°C色差由入射电子波长的非单一性所造成的1.2.2分辨本领电磁透镜的分辨本领由

衍射效应

球向像差

来决定衍射效应对分辨本领的影响由衍射效应所限定的分辨本领在理论上可由Rayleigh公式计算若只考虑衍射效应，在照明光源和介质一定的条件下，孔径角α越大，透镜的分辨本领越高。瑞利准则像差对分辨率的影响为了使球差变小，可通过减小α来实现，但从衍射效应来看α减小将使Δro变大，分辨本领下降。因此，两者必须兼顾。关键是确定电磁透镜的最佳孔径半角α。，使得衍射效应Airy斑和球差散焦斑尺寸大小相等，表明两者对透镜分辨本领影响效果一样。＝ －>透射电镜的最佳分辨本领达10-1nm数量级。如日本日立公司的H-9000型透射电镜的点分辨率为1．8Å。1.3电磁透镜的景深和焦长1.3.1景深1.3.2焦