第九章-透射电子显微镜.ppt

1、1.内容综述：电子光学的基础，光学显微镜的分辨率极限(200纳米)为什么？由于可见光的波长限制，电子波比可见光短100，000倍。光学透镜和电磁透镜的成像原理电磁透镜的像差和分辨率电磁透镜的景深和焦距、2、第9章透射电子显微镜、透射电子显微镜的结构和工作原理、3、9-1透射电子显微镜的结构和成像机理透射电子显微镜是一种高分辨率、高放大倍数的电子光学仪器，它采用极短波长的电子束作为照明光源，用电磁透镜聚焦成像。它是观察和分析材料形态、组织和结构的有效工具。4、分析透射电子显微镜JEM200CX、5、分析透射电子显微镜JEM2010、6、分析透射电子显微镜JEM 2010、7、超高压电子显微镜JE

2、M 2010、8、透射电子显微镜发展简史8、1924年德布罗意提出了波粒二象性假说，1926年布施指出“轴对称磁场作为电子束的透镜，可以使电子束聚焦在成像上”。1933年，柏林大学的诺尔和罗斯卡开发了第一台电子显微镜(点分辨率50纳米，是光学显微镜的4倍)，罗斯卡因此获得了诺贝尔奖(1986)。1949年，海登瑞克观察到铝样品被电解变薄；9，现代TEM发展史上的三个重要阶段，如严理论(50-60年代):赫希，惠兰；英国牛津大学材料系；英国剑桥大学物理系的豪伊(建立了直接观察薄晶体缺陷和结构的实验技术和电子衍射对比度理论)高分辨率图像理论(70年代初):美国亚利桑那州立大学物理系的考利在70年代

3、发展了高分辨率电子显微图像的理论和技术。高分辨率分析电子显微术(70年代末和80年代初)使用高分辨率分析电子显微术(HREM、内德、鳗鱼、能谱仪)在很小的区域内研究电子显微术(如晶体结构、电子结构、化学成分)(5)。10.托马斯是不同国家和美国加州大学伯克利分校的代表，他首次将透射电镜应用于材料研究。日本冈山大学的桥本是日本电子显微镜研究的代表。中国：钱、郭克新、李芳华、叶恒强、朱静。中国最优秀的电子显微镜是北京电子显微镜室(物理研究所)、沈阳金属研究所和清华大学。11，为什么使用专业英语？1)可以实现微区相位分析。GaP纳米线的形貌和衍射图，12，为什么用透射电镜？2)高图像分辨率。纳米金刚

4、石的高分辨率图像，不同加速电压下电子束的波长，13，为什么要用透射电镜？3)获取丰富的三维信息。高分辨率环形探测器(ADF)图像和三极管沟道边界的能量损失谱，145，000倍，9-1透射电子显微镜结构和成像机构，15，规则微孔，孔径： 6.2，9-1透射电子显微镜结构和成像机构，16，规则中孔，孔径： 7-8 nm，9-1-1透射电子显微镜、透射电子显微镜的外观照片、透射电子显微镜的9-1结构和成像机构、透射电子显微镜的18、9-1结构和成像机构、电子光学系统、照明系统、成像系统、观察和记录系统、电源和控制系统、真空系统、tem、循环冷却系统、透射电子显微镜的组成、19、电子枪副聚光器、光学样

5、品台、样品装置部分、物镜、中间镜、成像部分、投影镜、屏幕照相胶片、照明部分、观察和记录部分、透射电子显微镜的20、9-1结构和成像机构照明系统：电子枪聚光镜，2。成像系统：物镜、中间镜、投影镜、3.观察和记录系统：荧光屏照相胶片，21，9-1透射电子显微镜的结构和成像机理，1。照明系统，主要包括：电子枪平移对中心聚焦透镜照明系统的影响和倾斜调节装置：提供一束亮度高、照明孔径角小、平行度好、束流稳定的照明光源。1.照明系统；9-1透射电镜结构和成像机理；23、9-1透射电镜结构和成像机理；1.照明系统；1.电子枪；75-200千伏加速电压常用于透射电子显微镜；热阴极三极管电子枪：发夹钨丝阴极栅帽

6、阳极；栅极功能：限制和稳定电子束电流电子源：阴极和阳极之间电子束集成的交叉点电子源直径：几十微米、24、9-1透射电子显微镜的结构和成像机理，(1)电子枪，25，(2)聚光器，9-1透射电子显微镜的结构和成像机理，26 1。照明系统(2)聚光器：聚光电子枪发射的电子束，以最小的损耗照射样品，调节照明强度、孔径角和束斑尺寸。双聚光系统：第一个聚光器是强激发透镜；第二聚光透镜为弱激发透镜，27，2，成像系统，1，物镜2，中间镜3，投影透镜，28，成像系统，(1)物镜功能：成像系统的第一级放大透镜形成第一高分辨率电子显微图像和电子衍射图案。物镜的特点：强激发，短焦距(1-3毫米)，高放大倍数和高分辨

7、率。物镜决定了透射电子显微镜的分辨率，为29。物镜是一种强激发、短焦距的透镜，其放大率较高，一般为100-300倍。目前，高质量物镜的分辨率可以达到0.1毫米左右，30，(1)物镜提高物镜分辨率的措施：物镜的分辨率主要取决于极靴的形状和加工精度。一般来说，极靴的内孔与上下极之间的距离越小，物镜的分辨率越高。物镜光阑放置在物镜的后焦平面上。物镜光阑不仅可以降低球面像差、像散和色差，还可以提高图像对比度。光学透镜的焦距是固定的。电磁透镜的焦距可以通过调节电流来改变。当使用透射电子显微镜进行图像分析时，物镜和样品之间的距离是固定的(即物距L1不变)。因此，在改变用于成像的物理电子显微镜的放大率时，主

8、要是改变物镜的焦距和像距(即f和L2)，以满足成像条件。32，(2)中间镜，功能：在电子显微镜的操作过程中，电子显微镜的放大率主要由中间镜的可变放大率控制。特点：弱激发，长焦距，变焦镜头，放大0-20倍。投影镜投影镜的功能是将中间镜放大(或缩小)的图像(电子衍射图案)进一步放大，并投射到屏幕上。像物镜一样，它是一个短焦距的强磁透镜。投影镜的激励电流是固定的。34岁。当成像电子束进入投影镜时，孔径角很小(约10-5弧度)，所以它的景深很小如果中间镜的像平面有一定的位移，位移距离仍在投影镜的景深范围内，所以屏幕上的图像仍然清晰。35，9-1透射电子显微镜的结构和成像机理。(4)成像和衍射操作：后焦

9、平面，后焦平面：样品的电子衍射斑点。透射电子显微镜的结构和成像机理，(4)成像和衍射操作：像平面，像平面：样品的放大图像。、图像平面、37。如果中间镜的物平面与物镜的像平面重合，将在屏幕上获得放大的图像，这是电子显微镜中的成像操作，如右图(a)所示。如果中间镜的物平面与物镜的后焦平面重合，则在荧光屏上获得电子衍射图形，这是电子显微镜中的电子衍射操作，如右图(b)所示。成像操作和衍射操作，38。成像操作和衍射操作的区别：1 .如果物镜的光阑关闭，中间镜的物平面与物镜的像平面重合，这就是成像操作。2.如果物镜的光圈打开，中间镜的物平面与物镜的后焦平面重合，这称为衍射操作。39，40，成像系统，高性

10、能透射电子显微镜大多采用五级透镜放大，即有两级中间镜和投影镜，分为第一中间镜和第二中间镜，第一投影镜和第二投影镜。见下图，41，9-1透射电子显微镜的结构和成像机理；3.观察和记录系统，观察和记录装置包括荧光屏和照相机构，在荧光屏下面放置一个能自动更换胶片的照相暗盒。拍照时，只要荧光屏竖起，电子束就能曝光照相底片。由于透射电子显微镜的焦距很长，即使荧光屏和底片之间有几十厘米的距离，仍能获得清晰的图像。42.透射电子显微镜的主要部件是样品台，用于承载样品并使样品平移、倾斜和旋转，从而选择感兴趣的样品区域或方向进行观察和分析。透射电子显微镜的样品放置在物镜的上下极靴之间。因为这里的空间很小，透射电

11、子显微镜的样品也很小，通常是直径为3毫米的薄片，9-2结构和主要部件的工作原理，43，样品台和样品台，44，9-2结构和主要部件的工作原理，1，样品平移和倾斜装置(样品台)，45，9-2结构和主要部件的工作原理，2，电子束倾斜和平移装置，46，透射电子显微镜的主要部件散光， 像散在机械上，几个位置可调节的磁化器被放置在电磁透镜的磁场周围，它们被用来吸引磁场的一部分，并将固有的椭圆磁场校正成接近旋转对称的磁场。 电磁式通过电磁磁极之间的吸引和排斥来校正椭圆磁场。孔径是透射电镜的主要组成部分。瞬变电磁法中有许多固定和可移动的孔径。它们的功能主要是阻挡发散的电子，保证电子束的相干性和照射面积。三个主

12、要的可移动隔膜是第二聚光隔膜、物镜隔膜和选择性隔膜。隔膜由非磁性金属(铂、钼等)制成。)。48，(1)第二聚光器的光阑，四个一组的光阑孔安装在光阑杆的支架上，使用时，根据需要依次插入光阑杆的步进机构，使得光阑孔的中心位于电子束的轴上(光阑的中心与主焦点重合)。49，聚光光阑的功能是限制照明孔径角。在双聚光系统中，它安装在第二聚光器下方的焦点位置。隔膜孔的直径为20400米。为便于一般分析和观察，孔径为光圈越小，阻挡的电子越多，图像的对比度越大，这就是为什么物镜光圈也被称为对比度光圈。通过增加物镜光阑来减小物镜的孔径角，减小像差，从而获得更高质量的显微图像。物镜光阑的另一个主要功能是在后焦平面上

13、捕获衍射光束的光斑(即次焦点)，用于成像，这被称为暗场图像。通过明暗场显微图像的对比分析，可以方便地进行相位识别和缺陷分析。透射光束成像明场图像衍射光束成像暗场图像，53，(3)选择性光阑，也称为场限制光阑或场光阑。为了分析样品上的微小区域，应该在样品上放置一个光阑，这样电子束只能通过光阑限定的微小区域。54，这种微区域的衍射分析称为选择性区域衍射。由于样品上待分析的微区非常小，一般为微米量级。制造这种尺寸的孔径仍然有一些技术上的困难。此外，小光圈容易污染，所以选择的光圈放置在物镜的像面位置。通过这种布置获得的效果与将光阑放置在样品平面时的效果完全相同。这样，隔膜孔的直径可以做得更大。如果物镜的放大率是50倍，直径等于50m的光阑可以在样品上选择直径为1m的区域。55，选择性隔膜也由非磁性金属材料制成。一般来说，选择光阑的直径在20400米范围内，可以做成四孔或六孔大小不同的光阑片，通过光阑支架推入镜筒。56，不同类型的光阑，可见光衍射强度和0.5毫米光阑产生的艾里衍射光斑，57，总结，透射电子显微镜的电子光学系统的主要组成部分是照明系统、成像系统和观察记录系统。成像系统中的物镜是显微镜的核心，其分辨率就是显微镜的分辨率。成像系统可以实现两种