电子光学基础

《电子光学基础》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。

1、第二章电子光学基础1、概述2、电子光学基础3、电子与固体物质的相互作用本章主要内容电子显微分析是利用聚焦电子束与试样物质相互作用产生的各种物理信号，分析试样物质的微区形貌、晶体结构和化学组成。2.1概述包括：用透射电子显微镜进行的透射电子显微分析用扫描电子显微镜进行的扫描电子显微分析用电子探针仪进行的X射线显微分析2.1概述电子显微分析是材料科学的重要分析方法之一，与其它的形貌、结构和化学组成分析方法相比具有以下特点：◆在极高放大倍率下直接观察试样的形貌、晶体结构和化学成分。◆为一种微区分析方法，具有很高的分辨率，成像分辨率达到0.2～0.3nm（TEM）

2、，可直接分辨原子，能进行纳米尺度的晶体结构及化学组成分析。◆各种仪器日益向多功能、综合性方向发展。日本电子公司生产的JEM-2010飞利浦公司生产的TECNAI-202.1.1电子显微镜发展简史۞1924年L.De和Broglie发现运动电子具有波粒二象性。۞1926年Busch发现在轴对称的电磁场中运动的电子有会聚现象。۞二者结合导致研制电子显微镜的伟大设想。۞1931年，第一台电镜在德国柏林诞生。至1934年电镜的分辨率可达50nm，1939年德国西门子公司第一台电镜投放市场，分辨率优于10nm。۞1935年克诺尔（Knoll）提出扫描电镜的工作原理，

3、1938年阿登纳（Ardenne）制造了第一台扫描电镜。۞60年代后，电镜开始向高电压、高分辨率发展，100-200kV的电镜逐渐普及，1960年，法国研制了第一台1MV的电镜，1970年又研制出3MV的电镜。۞70年代后，电镜的点分辨率达0.23nm，晶格（线）分辨率达0.1nm。同时扫描电镜有了较大的发展，普及程度逐渐超过了透射电镜。۞近一、二十年，出现了联合透射、扫描，并带有分析附件的分析电镜。电镜控制的计算机化和制样设备的日趋完善，使电镜成为一种既观察图象又测结构，既有显微图象又有各种谱线分析的多功能综合性分析仪器。2.1.1电子显微镜发展简史۞8

4、0年代后，又研制出了扫描隧道电镜和原子力显微镜等新型的显微镜。۞我国自1958年试制成功第一台电镜以来，电镜的设计、制造和应用曾有相当规模的发展。主要产地有北京和上海。但因某些方面的原因，国产电镜逐渐被进口电镜取代。2.1.1电子显微镜发展简史电镜大体可划分为：2.1.2电镜的分类透射电子显微镜（TEM）扫描电子显微镜（SEM）扫描透射电子显微镜（STEM)扫描探针显微镜（SPM）TransmissionElectronMicroscopeScanningElectronMicroscopeScanningProbeMicroscope2.2电子光学基础电

5、子光学是研究带电粒子（电子、离子）在电场和磁场中运动，特别是在电场和磁场中偏转、聚焦和成像规律的一门科学。它与几何光学有很多相似之处：（1）几何光学是利用透镜使光线聚焦成像，而电子光学则利用电、磁场使电子束聚焦成像，电、磁场起着透镜的作用。（2）几何光学中，利用旋转对称面作为折射面，而电子光学系统中，是利用旋转对称的电、磁场产生的等位面作为折射面。因此涉及的电子光学主要是研究电子在旋转对称电、磁场中的运动规律。2.2电子光学基础（3）电子光学可仿照几何光学把电子运动轨迹看成射线，并由此引入一系列的几何光学参数来表征电子透镜对于电子射线的聚焦成像作用。但应注

6、意电镜中的电子光学：（1）是真空中的静场，即电、磁场与时间无关，且处于真空中。（2）入射的电子束轨迹必须满足离轴条件：2.2电子光学基础2.2.1光学显微镜的局限性光学显微镜的“分辨本领”是表示一个光学系统刚能清楚地分开两个物点间的最小距离，距离越小，分辨能力越高。阿贝根据衍射理论导出的光学透镜分辨能力的公式：nsinα称为数值孔径，用N.A表示。由（3）式可知，透镜的分辨率r值与N.A成反比，与λ值成正比，r值越小，分辨本领越高。当用可见光作光源，采用组合透镜、大的孔径角、高折射率介质浸没物镜时，N.A值可提高到1.6。最佳情况的透镜分辨极限是200nm

7、。2.2电子光学基础2.2.1光学显微镜的局限性要进一步提高显微镜的分辨能力，就必须用更短波长的照明源。X射线波长很短，在0.05-10nm范围，但至今也无法能使之有效聚焦成像。电子束流具有波动性，且波长比可见光短得多。显然，如果用电子束做照明源制成电子显微镜将具有更高的分辨本领。2.2电子光学基础2.2.2电子的波动性及其波长由此可得德布罗意波波长λ:1924年，德布罗意提出了运动着的微观粒子也具有波粒二象性的假说。这个物质波的频率和波长与能量和动量之间的关系如下：运动中的电子也必伴随着一个波——电子波。2.2电子光学基础2.2.2电子的波动性及其波长一

8、个初速度为零的电子，在电场中从电位为零的点受到电位为V的作用，其获