材料研究方法-EM-第一章

1、電子波及電磁透鏡聚焦電子具有微粒性，同時又具有波動性。電子波的波長取決于電子運動的速度和電子的質(zhì)量，如果電子經(jīng)過電壓 U 加速，有關系：mvhmveU ,212得電子波長 emUh2加速電壓較低時，電子的質(zhì)量即為其靜止質(zhì)量，但是電壓很高時，要考慮引入相對論的修正。)21 (2200cmeUeUmh電子波波長電子波波長電磁透鏡電磁透鏡原理：電子在電場或磁場的作用下，可以改變其運動方向。洛侖茲力電子束聚焦的實現(xiàn)軸對稱電磁場對電子束的透鏡聚集效應，奠軸對稱電磁場對電子束的透鏡聚集效應，奠定了幾何電子光學的基礎。定了幾何電子光學的基礎。vBrFtBzFrvt圓錐螺旋近軸運動通過改變電磁透鏡的激磁電流，

2、可以改變電磁透鏡的焦距。電磁透鏡是一種可改變焦距的透鏡。成像公式與光學透鏡的相類似，可表示為：fLLio111Lo 為物到透鏡中心的距離，即物距；Li 為像到透鏡中心的距離，即像距；f 為透鏡的焦距。放大倍數(shù)M：ffLfLfMio像差像差 電子的波長很短，推算理論的分辨率可以輕易地達到0.02 (加速電壓100 KeV, 波長0.037)。 實際上無法達到如此高的分辨本領。像差可以分為兩類，幾何像差和色差。幾何像差是由于電磁透鏡幾何上的缺陷造成的，主要有球差和像散。球差球差球差是由于電磁透鏡的中心區(qū)域和邊緣區(qū)域?qū)﹄娮拥臅勰芰Σ煌斐傻摹Ｇ虿钤斐傻纳⒔拱叩陌霃秸鬯愕轿锲矫嫔?，表示為?41s

3、sCr Cs 為球差系數(shù)，對物鏡來說通常為1-3 mm。 為孔徑半角。像散像散像散是由于電磁透鏡的磁場不對稱造成的。散焦斑的半徑可表示為：AAfrfA ：不對稱引起的焦距差； 為孔徑半角解決方法：用矯正磁場進行補償，即消像散器。色差色差色差是由于電子的能量不均一，即電子波長非單一造成的。散焦斑的半徑還原到物平面：EECrccCc 為色差系數(shù)；E/E 為電子能量的變化率。綜合考慮球差、像散、色差對分辨率的影響，4143minsCArA約為0.4-0.551.2 透射電子顯微鏡定義：透射電子顯微鏡是以電子束為照明源，用一系列電磁透鏡聚焦成像的一種大型的電子光學儀器。主要的組成部分有：電子光學系統(tǒng)（

4、主體部分）電源和控制系統(tǒng)及真空系統(tǒng)（輔助部分）。電子光學系統(tǒng)，是電鏡的核心。主要有三部分組成：照明系統(tǒng)、成像系統(tǒng)觀察記錄系統(tǒng)。該系統(tǒng)分成兩部分：該系統(tǒng)分成兩部分：電子槍和聚光鏡電子槍和聚光鏡。電子槍由燈絲電子槍由燈絲(陰極陰極)、柵級和陽極組成。經(jīng)加速柵級和陽極組成。經(jīng)加速而具有能量的電子從陽極而具有能量的電子從陽極板的孔中射出。柵極起控板的孔中射出。柵極起控制電子束形狀的作用。制電子束形狀的作用。經(jīng)聚光鏡調(diào)節(jié)后，可經(jīng)聚光鏡調(diào)節(jié)后，可望得到發(fā)散角很小的平行望得到發(fā)散角很小的平行電子束。電子束的電流密電子束。電子束的電流密度度(束流束流)可通過調(diào)節(jié)會聚鏡可通過調(diào)節(jié)會聚鏡的電流來調(diào)節(jié)的電流來調(diào)節(jié)

5、。照明系統(tǒng)照明系統(tǒng) 該系統(tǒng)包括樣品室、物鏡、中間鏡、物鏡光闌、選區(qū)光闌、投影鏡等電子光學部件。觀察記錄系統(tǒng)觀察記錄系統(tǒng)成像系統(tǒng)成像系統(tǒng)電鏡電鏡光鏡光鏡照明源（射線源）照明源（射線源）電子束電子束可見光可見光介質(zhì)介質(zhì)真空真空空氣空氣透鏡透鏡電磁場電磁場玻璃玻璃放大倍數(shù)放大倍數(shù)幾十到幾百萬幾十到幾百萬約約10001000放大操作放大操作改變透鏡電流改變透鏡電流變換物鏡或目鏡變換物鏡或目鏡操作與制樣操作與制樣復雜復雜簡單簡單最佳分辨率最佳分辨率0.2nm0.2nm200nm200nm電子光學系統(tǒng)的光路原理電子光學系統(tǒng)的光路原理與光學顯微鏡的類似物鏡（objective lens）由機械泵、油擴散泵、

6、離子泵、真空測量儀表及真空管道組成。它的作用是排除鏡筒內(nèi)氣體，使鏡筒真空度至少要在10-5托以上，目前最好的真空度可以達到10-910-10托。如果真空度低的話，電子與氣體分子之間的碰撞引起散射而影響襯度，還會使電子柵極與陽極間高壓電離導致極間放電，殘余的氣體還會腐蝕燈絲，污染樣品。 真空系統(tǒng)真空系統(tǒng)加速電壓和透鏡磁電流不穩(wěn)定將會產(chǎn)生嚴重的色差及降低電鏡的分辨本領，所以加速電壓和透鏡電流的穩(wěn)定度是衡量電鏡性能好壞的一個重要標準。透射電鏡的電路主要由以下部分組成，高壓直流電源、透鏡勵磁電源、偏轉(zhuǎn)器線圈電源、電子槍燈絲加熱電源，以及真空系統(tǒng)控制電路、真空泵電源、照相驅(qū)動裝置及自動曝光電路等。 另外，許多高性能的電鏡上還裝備有掃描附件、能譜議、電子能量損失譜等儀器。電源和控制系統(tǒng)電源和控制系統(tǒng)景深如果物點偏離理想的物平面，即存在一定的失焦，所引起的失焦斑的尺寸不超過散焦斑，可以認為對成像的清晰度不產(chǎn)生影響。景深（或稱場深）是指在維持像的清晰度的前提條件下，試樣可以在物平面上下沿鏡軸移動的距離。焦長焦長像平面在軸向距離內(nèi)移動，也會引起失焦。焦長（或稱焦深）是指在保持像清晰度的前提下，像平面可以沿鏡軸移動的距離?；蛘哒f觀察屏或照相底片沿鏡軸所允許移動的距離。景深