透射電鏡結(jié)構(gòu)和功能

透射電鏡結(jié)構(gòu)和功能第一頁，共24頁。

透射電子顯微鏡

（TransmissionElectronMicroscopeTEM）以電子為光源，電磁場為透鏡，電子束穿過試樣成像的電子光學(xué)儀器。分辨本領(lǐng):0.2-0.3nm加速電壓:100–500kV放大倍數(shù):50－1.2×106第二頁，共24頁。透射電子顯微學(xué)的發(fā)展(回顧)1931年E.RuskaandM.Knoll世界上第一臺(tái)電鏡1986年E.Ruska獲諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)1982年A.Klug獲諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)1937年C.J.DavissonandG.P.Thomson獲諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)50～60年代英國劍橋大學(xué)物理系CavendishLab.P.B.HirschandA.Howieetal(TEM)衍襯理論:運(yùn)動(dòng)學(xué)、動(dòng)力學(xué)透射電鏡代表作：薄晶體電子顯微學(xué)劉安生譯ElectronMicroscopyinThinCrystal第三頁，共24頁。70～80年代分析電子顯微學(xué)興起高分辨電子顯微術(shù)（HREM）X射線能譜分析（EDAX或EDS）電子能量損失譜分析（EELS）微衍射與微微衍射(μD、μ－μD)會(huì)聚束電子衍射（CBED）掃描透射電子顯微術(shù)（STEM）表面反射衍射電子顯微術(shù)（RHEED）美國亞利桑那州立大學(xué)J.M.CowleyDiffractionPhysics代表作：J.J.HrenIntroductiontoAnalyticalElectronMicroscopyJ.C.H.SpenceExperimentalHigh-ResolutionElectronMicroscopy90～今透射電子顯微學(xué)進(jìn)展葉恒強(qiáng)王元明主編電子全息術(shù)、生物大分子材料、納米材料、物鏡球差校正高分辨、高分辨透掃（Z襯度）等等第四頁，共24頁。S’LSOS’LSO點(diǎn)物S和S1在透鏡的焦平面上呈現(xiàn)兩個(gè)艾里斑，屏上總光強(qiáng)為兩衍射光斑的非相干迭加。S1’S’S1SAf1f2OS1SS’S1’LO當(dāng)兩個(gè)物點(diǎn)距離足夠小時(shí)，就有能否分辨的問題。透鏡的分辨本領(lǐng)點(diǎn)光源經(jīng)過光學(xué)儀器的小圓孔后，由于衍射的影響，所成的象不是一個(gè)點(diǎn)而是一個(gè)明暗相間的圓形光斑。6.1電子的波長第五頁，共24頁。

瑞利判據(jù)：點(diǎn)物S1的艾里斑中心恰好與另一個(gè)點(diǎn)物S2的艾里斑邊緣（第一衍射極小）相重合時(shí)，恰可分辨兩物點(diǎn)。S1S2S1S2S1S2可分辨恰可分辨不可分辨100%75%第六頁，共24頁。

能分辨開的物面上兩點(diǎn)間的最小距離d，稱為顯微鏡的分辨本領(lǐng)。光鏡用可見光照明，其波長范圍為500nm，分辨本領(lǐng)不能小于200nm。衍射

提高分辨本領(lǐng)→波長☆X射線

波長10～0.05nm，不能聚焦成像?！钭贤饩€波長390～13nm，短波易被吸收，可用為200～250nm。石英玻璃透鏡，分辨本領(lǐng)100nm。第七頁，共24頁?！铍娮?/p>

具有波粒二象性，與可見光相似，可作光源。電子波長為：ν為電子的速度，與加速電壓E的關(guān)系

電子波長與加速電壓的關(guān)系E/kV

6080100200λ/nm

0.004870.004180.003700.00251第八頁，共24頁。6.2電子透鏡

利用軸對(duì)稱非均勻電場或磁場力使電子會(huì)聚或發(fā)散的裝置。核心部件，決定電鏡的性能。靜電透鏡早期使用磁透鏡改變

f和M很方便；不擔(dān)心擊穿；像差小。常用磁透鏡為短螺旋管線圈F1VBrF2V1BZ電子在磁場中受力為F=e(v×B)F1使電子作圓周運(yùn)動(dòng)F2使電子向軸運(yùn)動(dòng)第九頁，共24頁。B(z)有極靴沒有極靴無鐵殼z磁感應(yīng)強(qiáng)度分布圖第十頁，共24頁?！畲磐哥R與光學(xué)透鏡作用相仿，光學(xué)術(shù)語均可借用。如焦點(diǎn)、焦距、球差、景深等?！铍娮硬ㄩL很短，如加速電壓100kV時(shí)為0.00370nm，分辨本領(lǐng)可達(dá)0.002nm。但實(shí)際達(dá)不到，原因是磁透鏡也有像差?！铍娮酉衽c實(shí)物不僅有180°的倒轉(zhuǎn)，還有磁場引起的旋轉(zhuǎn)角。焦距f∝E/(IN)2與電流平方成反比第十一頁，共24頁?！虿睿?/p>

透鏡中心與邊緣對(duì)電子的會(huì)聚能力不同造成。在物面上的影響半徑為rS=CSα3

CS為球差系數(shù)α為孔徑半角物鏡像平面Ⅱ像平面Ⅰ最小散焦圓斑第十二頁，共24頁?！裆ⅲ?/p>

透鏡磁場不完全對(duì)稱造成。物面上的影響半徑為rA=M△fαα△fα像散引起的焦距差第十三頁，共24頁。▲色差：電子能量不同造成在物面上的影響半徑為rC=CCα△E/E△E/E電子能量變化率CC色差系數(shù)第十四頁，共24頁。磁透鏡另一大特點(diǎn)△景深：保持象清晰度時(shí)，試樣在物平面沿軸向可移動(dòng)的距離。一般α=10-2～10-3rad，如d=1nm，則Df=200～2000nm。第十五頁，共24頁?！鹘股?保持象清晰度時(shí)，像平面沿軸向可移動(dòng)的距離。如d=1nm，孔徑半角α=10-2rad，則Di=8mm。第十六頁，共24頁。6.3電子顯微鏡的結(jié)構(gòu)

★電子光學(xué)系統(tǒng)電子顯微鏡的核心,成像放大等主要功能靠此完成?！镎婵障到y(tǒng)保證電子只于試樣發(fā)生作用，真空度為1.33×10-2～10-5Pa★供電系統(tǒng)以高穩(wěn)定度的電壓供給電子槍，高穩(wěn)定度的電流供給磁透鏡。由三大系統(tǒng)組成第十七頁，共24頁。電子光學(xué)系統(tǒng)

電子槍聚光鏡偏轉(zhuǎn)線圈樣品室物鏡中間鏡投影鏡觀察室觀察屏照相裝置電視成像放大部分

照明部分

顯像部分第十八頁，共24頁。

照明部分陰極燈絲發(fā)射電子0.03-0.1mm鎢LaB6陽極加速電子增加動(dòng)能一般接地柵極會(huì)聚電子調(diào)節(jié)束流大小、亮度電子槍聚光鏡：會(huì)聚電子束，以最小的損失照明樣品，調(diào)節(jié)強(qiáng)度、孔徑角、束斑大小一聚：強(qiáng)激磁、短焦距?？s小10-50倍。交叉點(diǎn)束斑縮為1-5μm二聚：弱激磁、長焦距。放大2倍左右。樣品平面可獲得2-10μm照明束斑陰極（接負(fù)高壓）控制極（比陰極負(fù)100~1000伏）陽極電子束聚光鏡試樣第十九頁，共24頁。

成像放大部分物鏡：

投影鏡：

放大鏡，保證足夠高的放大倍數(shù)。強(qiáng)激磁，短焦距透鏡。放大：100倍左右形成第一幅高分辨電子放大像或電子衍射花樣。強(qiáng)激磁、短焦距、像差小。焦距：f=1～3mm放大：100～300倍分辨本領(lǐng)：0.1nm

為減少像差，裝有消像散器和防污染裝置。中間鏡：將物鏡的電子像再放大，同時(shí)起衍射鏡作用。減弱電流，增大物距，使中鏡物面與物鏡后焦面重合，將衍射花樣投倒像面上，實(shí)現(xiàn)衍射。弱激磁，長焦距，倍率在0～20內(nèi)變化。第二十頁，共24頁。三級(jí)透鏡的放大成像和電