材料研究方法：6-2 像差及景深與焦長

像差及景深與焦長材料研究方法

課程內(nèi)容一電磁透鏡的像差電磁透鏡的景深與焦長二一、電磁透鏡的像差像差（內(nèi)因）幾何像差：幾何形狀導(dǎo)致（外因）色差：電子束波長的穩(wěn)定性決定1）

球差近遠(yuǎn)軸折射能力差異導(dǎo)致的像差球差像散像差導(dǎo)致像模糊，直接影響電磁透鏡的分辨率（能分辨兩物點(diǎn)間的最小距離），是分辨率達(dá)不到理論極限值（波長之半）的根本原因。如日立H800電鏡，在加速電壓為200kV時(shí)，電子束波長達(dá)0.00251nm，理論極限分辨率應(yīng)為0.0012nm左右，實(shí)際點(diǎn)分辨率僅為0.45nm，兩者相差數(shù)百倍。2）

像散-透鏡因橢圓度造成的焦距差；-孔徑半角。橢圓度是可以通過配置對稱磁場基本消除的

3）

色差

Cc－色差系數(shù)；－能量變化率

能量變化率與加速電壓的穩(wěn)定性和電子穿過樣品時(shí)發(fā)生的彈性散射有關(guān)，薄樣品的彈性散射影響可以忽略，提高加速電壓的穩(wěn)定性可以有效地減小色差。透鏡不圓，橢圓長短軸折射能力差異導(dǎo)致的像差電壓不穩(wěn)，電子能量不一導(dǎo)致的像差像差分析中，除了球差外，像散和色差均可通過適當(dāng)?shù)姆椒▉頊p小甚至可基本消除，因此，球差成了像差中影響分辨率的控制因素。球差與孔徑半角的三次方成正比，減小孔徑半角可有效地減小球差，但是，孔徑半角的減小卻增加了埃利斑尺寸（衍射效應(yīng)），降低透鏡分辨率r0

，因而，孔徑半角對透鏡分辨率的影響具有雙刃性。真空中n=1，僅有10－2～10－3rad，故sin。

即為電磁透鏡的最佳孔徑半角，用0表示，即：

最佳的孔徑半角：電磁透鏡的分辨率為：綜合各種影響因素，電磁透鏡的分辨率可統(tǒng)一表示為：其中：A－常數(shù)，一般為0.4～0.55。實(shí)際操作中，最佳孔徑半角是通過選用不同孔徑的光欄獲得的。目前最高的電鏡分辨率已達(dá)0.1nm左右。二、電磁透鏡的景深與焦長1）

景深

是指像平面固定，保證像清晰的前提下，物平面沿光軸可前后移動的最大距離。

圖6-10電磁透鏡的景深與焦長景深焦長二、電磁透鏡的景深與焦長由圖6-10a的幾何關(guān)系可得景深的計(jì)算公式為如果r0＝1nm、＝10-2～10-3rad時(shí)，Df＝200～2000nm，而透鏡的樣品厚度一般在200nm左右，可充分保證樣品上各微處的結(jié)構(gòu)細(xì)節(jié)均能清晰可見。2）

焦長

由圖6-10b的幾何關(guān)系得

二、電磁透鏡的景深與焦長如果r0=1nm，＝10-2～10-3rad，M=200倍，則DL＝8～80mm；M=2000時(shí)，D