材料现代分析测试第七章

材料现代分析测试第七章第1页，课件共25页，创作于2023年2月

§7-1电子波与电磁透镜

◆光学显微镜的分辨率极限◆电子波◆电磁透镜第2页，课件共25页，创作于2023年2月◆光学显微镜的分辨率极限

分辨本领是指成像物体（试样）上能分辨出来的两个物点间的最小距离。显微镜的分辨本领为

式中λ—照明光源的波长。

光学显微镜分辨本领的极限为2000Ă。因此，要提高显微镜的分辨本领，关键是要有波长短，又能聚焦成像的照明光源。

第3页，课件共25页，创作于2023年2月◆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，即式中h—普朗克常量

m—电子的质量

U—电子的速度，它和加速电压U之间存在下面的关系

e—电子所带电荷第4页，课件共25页，创作于2023年2月

如果电子速度较低，则它的质量和静止质量相近，即。如果加速电压很高，使得电子具有极高的速度，则必须经过相对论校正，此时C—为光速可见光的波长在3900~7600Ă之间，从计算出的电子波长来看，在常用100~200kv加速电压下，电子波的波长要比可见光小5个数量级。第5页，课件共25页，创作于2023年2月◆电磁透镜-----原理

透射电子显微镜中用磁场来使电子波聚焦成像的装置是电磁透镜。

ACOO’Z电磁透镜的聚焦原理示意图

第6页，课件共25页，创作于2023年2月与光学玻璃透镜相似，电磁透镜物距、像距、焦距三者关系式及放大倍数满足：

式中f—焦距

L1—物距L2—像距

M—放大倍数◆电磁透镜-----几何关系

第7页，课件共25页，创作于2023年2月电磁透镜的焦距可由下式近似计算式中K—常数Ur—经相对论校正的电子加速电压IN—电磁透镜激磁安匝数由上式可知无论激磁方向如何，电磁透镜的焦距总是正的。改变激磁电流，电磁透镜的焦距和放大倍数将发生变化。因此，电磁透镜是一种变焦距或便倍率的汇聚透镜，这是它有别于光学透镜的一个特点。第8页，课件共25页，创作于2023年2月◆电磁透镜-----类型

软磁壳电磁透镜极靴透镜：在铁壳内,通过部件组装成四个向轴中心延伸的锥状圆柱形,形成靴形,使有效磁场集中在轴向很短距离内(几毫米).极靴透镜中心BZ↑,弯曲↑,聚集能力↑,焦距短

第9页，课件共25页，创作于2023年2月Oz带铁壳的带极靴的透镜O’第10页，课件共25页，创作于2023年2月第11页，课件共25页，创作于2023年2月§7-2电磁透镜的像差与分辨本领

◆像差

◆分辨率

第12页，课件共25页，创作于2023年2月◆像差

--------球差

电磁透镜近轴区和远轴区对电子折射能力不同,由一点发出的电子束,经电磁电磁透镜不能聚集电子于一点,而为一散射斑半径为

还原到物平面，则

CS为球差系数，最佳值是1~3mm。α为孔径角。

第13页，课件共25页，创作于2023年2月第14页，课件共25页，创作于2023年2月◆像差

--------象散

磁场非旋转对称引起。由于极靴被污染，或极靴的机械不对称性，或极靴材料各项磁导率差异引起透镜磁场不对称。有的方向电子束的折射比别的方向强，旋转对称磁场:自镜中心引径向等距离,其折射能力相同.非完全旋转对称磁场

(OA=0B).,但像散可通过加装消像散器矫正磁场消除,如图最小焦斑半径:第15页，课件共25页，创作于2023年2月像散

第16页，课件共25页，创作于2023年2月◆像差--------色差

电子波长波动

产生的最小焦斑半径分辨率:

第17页，课件共25页，创作于2023年2月第18页，课件共25页，创作于2023年2月◆分辨率电磁透镜分辨率由衍射效应和球面球差决定

1.衍射效应对分辨率的影响由透镜各部分折射到像平面上的电磁波与周围区域的光波间相互产生干涉现象,称之衍射现象结果在像平面上得不到理想的像点,而形成一个有一定尺寸的中央斑,周围明暗相间的圆环,称为埃利斑.当两埃利斑峰谷强度达到最高峰强度的△I=19%I时,能分辨出两相斑,此时两相斑距离等于埃利斑半径.两相斑进一步靠近,肉眼不能分辨.由此

.

第19页，课件共25页，创作于2023年2月第20页，课件共25页，创作于2023年2月◆分辨率2.像差对分辨率的影响

像散通过消像散器消除,色差通过稳定电压克服,球差目前无法克服.综合衍射效应、球差两因素:

对、作用相反,两者兼顾,=,得A=0.4-0.55,所以电磁透镜的最佳分辨率1A0

第21页，课件共25页，创作于2023年2月§7-3电磁透镜的景深与焦长◆景深◆焦长第22页，课件共25页，创作于2023年2月◆景深

景深:不影响分辨率条件下,电磁透镜物平面允许的轴向偏差.电磁透镜,,当=10A0,---2000nm.故加速电压100KV范围内,试样厚度在200nm内

第23页，课件共25页，创作于2023年2月第24页，课件共25页，创作于2023年2月◆焦长焦长:不影响透镜分辨率条件下,像平面可沿轴向平