北航材料分析测试技术电子显微镜.pptx

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1、电子显微镜光学显微镜分辨本领L：透镜D：光阑α：透镜对物点张角的一半。爱瑞（Airy）斑：由于衍射效应，一个发光物点的像是一个一定尺寸的亮斑和周围几个亮环。一般将亮环忽略不计，中央亮斑为物点的像，称为爱瑞斑。光学显微镜分辨本领瑞利（Rayleigh）判据：A1和A2逐渐接近时，A1’和A2’之间的亮度约为亮度最大值的80％，人们仍然能分辨是两个像。瑞利即以这种条件作为光学系统能分辨两物点的最小距离，这个极限称为瑞利判据。电子光学基础——光学显微镜的局限性两个发光点的分辨距离为：－物镜与物体之间介质的折射率－半孔径角，不能大于90°－显微镜的数值孔径－光线的波长电子光学基础——光

2、学显微镜的局限性提高显微镜分辨本领的方法：采用高折射率介质增大角利用短波长的射线电子波动性被发现后，很快被利用来作为提高显微镜分辨率的新光源——即出现了电子显微镜。电子的粒子性质量：9.1095×10-23克；电量：－1.602×10-10库仑；在电子显微镜中，电子的加速电压一般在几十千伏以上，根据相对论，电子的质量随速度的增加而增大。电子的波动性(Å)电子波长不同加速电压下的电子波长和速度U/kVλ/nmv/(1011mm·s-1)400.006011.1216600.004371.338800.004181.5061000.003701.6442000.002512.079

3、5000.001422.58710000.000872.822阴极发光轫致辐射X射线透射电子样品俄歇电子衍射电子二次电子反射电子吸收电子电子探针扫描电镜透射电镜俄歇电子谱仪入射电子束电子束与物质的相互作用电子光学基础——静电透镜电子通过两个不同电位的界面电子在不同电位界面处发生折射。可见光电子电子光学基础——静电透镜聚焦静电透镜电场由三个电极形成：第一电极带负电位，称为阴极；第二，第三电极带正电位，而且后者的电位比前者高。（a）光线通过玻璃透镜（b）电子通过电场的轨迹电子光学基础——电磁透镜有电流通过的长线圈中间可看作均匀磁场，这样的线圈起聚焦作用，没有放大作用。短线圈形成不均

4、匀磁场，具有透镜特性。焦距与加速电压和透镜内磁场的轴向分量有如下关系电磁透镜磁场B对电荷量为-e和速度为v的电子的作用力，即洛伦兹力，其矢量表达式：F=-e(v×B)F力的大小为：F=evBsin(v,B)F力垂直于电荷运动速度v和磁感应强度B所决定的平面，F的方向按矢量叉积（B×v）的右手法则来确定。电磁透镜为了便于分析电磁透聚焦原理，把透镜磁场中任意一点的磁感应强度B分解为平行于透镜主轴的轴向分量Bz和与之垂直的径向分量Br。电磁透镜聚焦原理电子光学基础——电磁透镜成像公式－物距－像距－透镜焦距放大倍数放大倍数受透镜线圈的电流控制透射电子显微镜电子显微镜由镜筒、真空系统和电

5、源柜三部分组成。镜筒主要有电子枪、电磁透镜、样品架、荧光屏和照相机构等部件。1924年，德布罗意（deBroglie）提出电子具有波动性；1926年，布什（Busch）发现旋转对称非均匀磁场可作为电磁透镜；1931年，Rudenberg提出电子显微镜的概念并提出专利申请；1933年，克诺尔（Knoll）和卢斯卡（Ruska）制造出第一台电子显微镜；1936年，Boersch证明了电子束经过电磁透镜聚焦后在后（背）焦面上形成衍射花样；1939年，西门子公司生产出第一批商品透射电子显微镜；1944年，LePoole在电子显微镜中加入衍射透镜（即中间镜）和选区光阑后实现选区电子衍射；

6、20世纪50年代，Ruska在商业电子显微镜中实现选区电子衍射；20世纪60年代，会聚束电子衍射实现；仪器的发展仪器的发展20世纪70年代，用于成分分析的X射线能谱仪和电子能量损失谱仪开始使用；20世纪90年代，物镜球差系数校正器的问世使球差系数从正值可变到负值，提高了电子显微镜的分辨率。此外，照明亮度高和能量发散小的场发射电子枪的普及、极大改善电子单色性的能量过滤器的问世、可实现电子显微像和电子衍射花样数字化的慢扫描CCD和电子成像板的使用、仪器的计算机控制等都成为现代高性能分析电子显微镜的基本特征。透射电子显微镜的主要功能成像：明场像，暗场像格子像，原子像衍射电子光学基础—

7、—电磁透镜的像差球面像差离光轴远的透镜边缘部分对电子束有强会聚能力，使边缘部分的电子会聚在靠近物的一方，使物体上一个点在像平面上形成一定尺寸的模糊圆斑。球差系数与透镜的磁场强度有关，磁场强度越大，焦距越短，球差系数减小。电子光学基础——电磁透镜的像差畸变：球差引起的另外一种像缺陷叫做畸变，在电镜中观察到的畸变是投影镜的球差造成的。由于透镜的中心轴和边缘部分的磁场强度不同，焦距不同，放大倍数也就不同。（a)无畸变（b）枕形畸变（c）桶形畸变（d）S形畸变电子光学基础——电磁透镜的像差色差色差系