yh電子光學(xué)基礎(chǔ)

1、 借助于材料測試技術(shù)，有助于我們了解借助于材料測試技術(shù)，有助于我們了解分析材料（例如：納米材料）的微觀結(jié)構(gòu)分析材料（例如：納米材料）的微觀結(jié)構(gòu)與宏觀性能的關(guān)系，指導(dǎo)新型材料的與宏觀性能的關(guān)系，指導(dǎo)新型材料的合成、合成、制備、形貌控制和表征、性能改善制備、形貌控制和表征、性能改善，是對，是對材料科學(xué)進(jìn)行研究必不可少的手段。材料科學(xué)進(jìn)行研究必不可少的手段。第二篇第二篇 材料電子顯微分析材料電子顯微分析1. 透射電子顯微鏡透射電子顯微鏡 （TEM）形貌觀察和晶相結(jié)構(gòu)分析形貌觀察和晶相結(jié)構(gòu)分析2. 掃描電子顯微鏡掃描電子顯微鏡 （SEM）表面形貌表征表面形貌表征3. 電子探針電子探針 （WDS, ED

2、S） 微區(qū)成分分析微區(qū)成分分析4. 俄歇電子能譜俄歇電子能譜 （AES） 表面化學(xué)成分分析表面化學(xué)成分分析5. 場離子顯微鏡場離子顯微鏡 （FIM） 原子表面的直接成像原子表面的直接成像6. 掃描隧道顯微鏡（掃描隧道顯微鏡（STM）與）與 原子力顯微鏡原子力顯微鏡 （AFM） 樣品表面高分辨形貌分析樣品表面高分辨形貌分析7. X射線光電子能譜（射線光電子能譜（XPS） 表面元素價(jià)態(tài)分析表面元素價(jià)態(tài)分析第八章第八章 電子光學(xué)基礎(chǔ)電子光學(xué)基礎(chǔ)第一節(jié)第一節(jié) 電子波與電磁透鏡電子波與電磁透鏡第二節(jié)第二節(jié) 電磁透鏡的像差與分辨率電磁透鏡的像差與分辨率第三節(jié)第三節(jié) 電磁透鏡的景深和焦長電磁透鏡的景深和焦長

3、一、光學(xué)顯微鏡的分辨率極限一、光學(xué)顯微鏡的分辨率極限n1590年，荷蘭的詹森父子(Hans and zachrias Janssen) 制造出第一臺原始的、放大倍數(shù)約為20倍的顯微鏡。n1610年，意大利物理學(xué)家伽利略(Galileo)制造了具有物鏡、目鏡及鏡筒的復(fù)式顯微鏡。 n1665年，英國物理學(xué)家羅伯特胡克(Robert Hooke)用左下圖這臺復(fù)式顯微鏡觀察軟木塞時(shí)發(fā)現(xiàn)了小的蜂房狀結(jié)構(gòu)，稱為“細(xì)胞”，由此引起了細(xì)胞研究的熱潮。n 1684年，荷蘭物理學(xué)家惠更斯(Huygens)設(shè)計(jì)并制造出雙透鏡目鏡惠更斯目鏡，是現(xiàn)代多種目鏡的（左）（左）1665年年 R. Hoock用來發(fā)現(xiàn)細(xì)胞的光學(xué)

4、顯微鏡，用來發(fā)現(xiàn)細(xì)胞的光學(xué)顯微鏡，(右右)1848年的顯微鏡年的顯微鏡原型。這時(shí)的光學(xué)顯微鏡已初具現(xiàn)代顯微鏡的基本結(jié)構(gòu)。現(xiàn)代光學(xué)顯微鏡現(xiàn)代光學(xué)顯微鏡n在顯微鏡的發(fā)展史中，貢獻(xiàn)最為卓著的是德國的物在顯微鏡的發(fā)展史中，貢獻(xiàn)最為卓著的是德國的物理學(xué)家、數(shù)學(xué)家和光學(xué)大師恩斯特理學(xué)家、數(shù)學(xué)家和光學(xué)大師恩斯特阿貝阿貝(Ernst Abbe)。n他提出了顯微鏡的完善理論，闡明了成像原理、數(shù)他提出了顯微鏡的完善理論，闡明了成像原理、數(shù)值孔徑等問題，在值孔徑等問題，在1870年發(fā)表了有關(guān)放大理論的重年發(fā)表了有關(guān)放大理論的重要文章。要文章。n兩年后，又發(fā)明了油浸物鏡，并在光學(xué)玻璃、顯微兩年后，又發(fā)明了油浸物鏡，并

5、在光學(xué)玻璃、顯微鏡的設(shè)計(jì)和改進(jìn)等方向取得了光輝的業(yè)績。鏡的設(shè)計(jì)和改進(jìn)等方向取得了光輝的業(yè)績。放大放大4040倍的新月藻、硅藻倍的新月藻、硅藻和水棉和水棉放大放大200200倍的昆蟲后腿倍的昆蟲后腿1、光學(xué)顯微鏡的成像原理、光學(xué)顯微鏡的成像原理 在光學(xué)中，由實(shí)際光線會聚而成，且能在光屏上呈現(xiàn)的像稱在光學(xué)中，由實(shí)際光線會聚而成，且能在光屏上呈現(xiàn)的像稱為實(shí)像；由光線的反向延長線會聚而成，且不能在光屏上呈現(xiàn)為實(shí)像；由光線的反向延長線會聚而成，且不能在光屏上呈現(xiàn)的像稱為虛像。的像稱為虛像?！皩?shí)像都是倒立的，而虛像都是正立的實(shí)像都是倒立的，而虛像都是正立的?！?規(guī)律規(guī)律1：當(dāng)物距大于：當(dāng)物距大于2倍焦距時(shí)

6、，則像距在倍焦距時(shí)，則像距在1倍焦距和倍焦距和2倍焦距倍焦距之間，成倒立、縮小的實(shí)像。此時(shí)像距小于物距，像比物小，之間，成倒立、縮小的實(shí)像。此時(shí)像距小于物距，像比物小，物像異側(cè)。應(yīng)用：照相機(jī)、攝像機(jī)。物像異側(cè)。應(yīng)用：照相機(jī)、攝像機(jī)。 規(guī)律規(guī)律2：當(dāng)物距等于：當(dāng)物距等于2倍焦距時(shí)，則像距也在倍焦距時(shí)，則像距也在2倍焦距，倍焦距， 成倒立、成倒立、等大的實(shí)像。此時(shí)物距等于像距，像與物大小相等，物像異側(cè)。等大的實(shí)像。此時(shí)物距等于像距，像與物大小相等，物像異側(cè)。 規(guī)律規(guī)律3：當(dāng)物距小于：當(dāng)物距小于2倍焦距、大于倍焦距、大于1倍焦距時(shí)，則像距大于倍焦距時(shí)，則像距大于2倍倍焦距，焦距， 成倒立、放大的實(shí)像

7、。此時(shí)像距大于物距，像比物大，物成倒立、放大的實(shí)像。此時(shí)像距大于物距，像比物大，物像異側(cè)。應(yīng)用：投影儀、幻燈機(jī)、電影放映機(jī)。像異側(cè)。應(yīng)用：投影儀、幻燈機(jī)、電影放映機(jī)。 規(guī)律規(guī)律5：當(dāng)物距小于：當(dāng)物距小于1倍焦距時(shí)，則成正立、放大的虛像。此時(shí)倍焦距時(shí)，則成正立、放大的虛像。此時(shí)像距大于物距，像比物大，物像同側(cè)。像距大于物距，像比物大，物像同側(cè)。 規(guī)律規(guī)律4：當(dāng)物距等于：當(dāng)物距等于1倍焦距時(shí)，則不成像，成平行光射出。倍焦距時(shí)，則不成像，成平行光射出。 十十九世紀(jì)末，施特拉頓（九世紀(jì)末，施特拉頓（Stratton）做了一個(gè)著名的實(shí)驗(yàn)。他設(shè)）做了一個(gè)著名的實(shí)驗(yàn)。他設(shè)計(jì)了一種能將視像倒轉(zhuǎn)計(jì)了一種能將視像

8、倒轉(zhuǎn)180的眼鏡。戴上后，外界的一切事物都的眼鏡。戴上后，外界的一切事物都顛倒了。開始，他非顛倒了。開始，他非常不常不適應(yīng)這種情景，視覺和觸覺、動覺之間適應(yīng)這種情景，視覺和觸覺、動覺之間發(fā)生了矛盾，用手觸摸物體、在空間行動都發(fā)生了困難。如想拿發(fā)生了矛盾，用手觸摸物體、在空間行動都發(fā)生了困難。如想拿上面的東西，手卻伸向下方；想拿左面的東西，手卻伸向右上面的東西，手卻伸向下方；想拿左面的東西，手卻伸向右方；寫字時(shí)也不能依靠視覺而只能靠觸覺和記憶來寫。這種異常方；寫字時(shí)也不能依靠視覺而只能靠觸覺和記憶來寫。這種異常的體驗(yàn)，還使人感到頭痛和惡心。但是過的體驗(yàn)，還使人感到頭痛和惡心。但是過8天以后，視覺

9、逐漸與觸天以后，視覺逐漸與觸摸覺、動覺協(xié)調(diào)起來，他不再感摸覺、動覺協(xié)調(diào)起來，他不再感到外到外部是一個(gè)顛倒的世界了，能部是一個(gè)顛倒的世界了，能夠比較完善地適應(yīng)新的空間關(guān)系，周圍的景象看起來正常了，也夠比較完善地適應(yīng)新的空間關(guān)系，周圍的景象看起來正常了，也能行動自如。但是摘掉眼鏡后，又重新經(jīng)歷了適應(yīng)空間環(huán)境的過能行動自如。但是摘掉眼鏡后，又重新經(jīng)歷了適應(yīng)空間環(huán)境的過程。程。 光學(xué)顯微鏡是根據(jù)凸透鏡的成像原理，要經(jīng)過凸透鏡的兩次成光學(xué)顯微鏡是根據(jù)凸透鏡的成像原理，要經(jīng)過凸透鏡的兩次成像。第一次先經(jīng)過物鏡（凸透鏡像。第一次先經(jīng)過物鏡（凸透鏡1）成像，這時(shí)候的物體應(yīng)該在）成像，這時(shí)候的物體應(yīng)該在物鏡物鏡

10、(凸透鏡凸透鏡1）的）的一倍焦距和兩倍焦距之間一倍焦距和兩倍焦距之間，根據(jù)物理學(xué)的原理，根據(jù)物理學(xué)的原理，成的應(yīng)該是放大的倒立的實(shí)像。而后以第一次成的物像作為成的應(yīng)該是放大的倒立的實(shí)像。而后以第一次成的物像作為“物物體體”，經(jīng)過目鏡的第二次成像。由于我們觀察的時(shí)候是在目鏡的，經(jīng)過目鏡的第二次成像。由于我們觀察的時(shí)候是在目鏡的另外一側(cè)，根據(jù)光學(xué)原理，另外一側(cè)，根據(jù)光學(xué)原理，第二次成的像應(yīng)該是一個(gè)虛第二次成的像應(yīng)該是一個(gè)虛像，這樣像和物才在同一側(cè)。像，這樣像和物才在同一側(cè)。因此因此第二次成的像應(yīng)該在目第二次成的像應(yīng)該在目鏡（凸透鏡鏡（凸透鏡2）的一倍焦距以）的一倍焦距以內(nèi)內(nèi)，這樣經(jīng)過第二次成像，這

11、樣經(jīng)過第二次成像，第二次成的像是一個(gè)放大的第二次成的像是一個(gè)放大的正立的虛像。如果相對實(shí)物正立的虛像。如果相對實(shí)物說的話，應(yīng)該是倒立的放大說的話，應(yīng)該是倒立的放大的虛像。的虛像。分辨本領(lǐng)：分辨本領(lǐng)：成像物體（試樣）上能分辨出來的兩個(gè)物點(diǎn)成像物體（試樣）上能分辨出來的兩個(gè)物點(diǎn)間的最小距離。光學(xué)顯微鏡分辨本領(lǐng)的理論極限為：間的最小距離。光學(xué)顯微鏡分辨本領(lǐng)的理論極限為：000.611,0.61sinrnrna， 空氣一般?。阂话闳。?、光學(xué)顯微鏡的分辨本領(lǐng)、光學(xué)顯微鏡的分辨本領(lǐng)012r對于可見光，其波長范圍為對于可見光，其波長范圍為390760nm因此根據(jù)上式光學(xué)顯微鏡的分辨本領(lǐng)極限：因此根據(jù)上式光

12、學(xué)顯微鏡的分辨本領(lǐng)極限：200nm為什么光學(xué)顯微鏡會有分辨極限？為什么光學(xué)顯微鏡會有分辨極限？：透鏡各部分折射到像平面上的像點(diǎn)及其周圍區(qū)域的光：透鏡各部分折射到像平面上的像點(diǎn)及其周圍區(qū)域的光波相互發(fā)生干涉作用、產(chǎn)生衍射的現(xiàn)象。波相互發(fā)生干涉作用、產(chǎn)生衍射的現(xiàn)象。(在像平面上一個(gè)點(diǎn)在像平面上一個(gè)點(diǎn)形成一個(gè)中心最亮、周圍帶有明暗相間同心圓環(huán)的斑點(diǎn)，即形成一個(gè)中心最亮、周圍帶有明暗相間同心圓環(huán)的斑點(diǎn)，即埃利斑埃利斑)。當(dāng)兩個(gè)光斑強(qiáng)度峰間的強(qiáng)度谷值比強(qiáng)度峰值低。當(dāng)兩個(gè)光斑強(qiáng)度峰間的強(qiáng)度谷值比強(qiáng)度峰值低19，這個(gè)強(qiáng)度反差對人眼來說是剛有所感覺。這個(gè)強(qiáng)度反差對人眼來說是剛有所感覺。 分辨兩個(gè)埃利斑像的判據(jù)

13、是分辨兩個(gè)埃利斑像的判據(jù)是：兩個(gè)埃利斑中心間距等于第一：兩個(gè)埃利斑中心間距等于第一暗環(huán)半徑。暗環(huán)半徑。 如何提高顯微鏡的分辨率如何提高顯微鏡的分辨率n要想提高顯微鏡的分辨率，關(guān)鍵是降低照明光源的波長。要想提高顯微鏡的分辨率，關(guān)鍵是降低照明光源的波長。n順著電磁波譜朝短波長方向?qū)ふ?，紫外光的波長在順著電磁波譜朝短波長方向?qū)ふ?，紫外光的波長在13-390nm13-390nm之間，比可見光短多了。但是大多數(shù)物質(zhì)都強(qiáng)烈地吸收紫外之間，比可見光短多了。但是大多數(shù)物質(zhì)都強(qiáng)烈地吸收紫外光，因此紫外光難以作為照明光源。光，因此紫外光難以作為照明光源。n更短的波長是更短的波長是X X射線。但是，迄今為止還沒有找

14、到能使射線。但是，迄今為止還沒有找到能使X X射線射線改變方向、發(fā)生折射和聚焦成像的物質(zhì)，也就是說還沒有改變方向、發(fā)生折射和聚焦成像的物質(zhì)，也就是說還沒有X X射射線的透鏡存在。因此線的透鏡存在。因此X X射線也不能作為顯微鏡的照明光源。射線也不能作為顯微鏡的照明光源。n除了電磁波譜外，在物質(zhì)波中，電子波不僅具有短波長，而除了電磁波譜外，在物質(zhì)波中，電子波不僅具有短波長，而且存在使之發(fā)生折射聚焦的物質(zhì)。所以電子波可以作為照明且存在使之發(fā)生折射聚焦的物質(zhì)。所以電子波可以作為照明光源，由此形成電子顯微鏡。光源，由此形成電子顯微鏡。二、電子波的波長特二、電子波的波長特性性電子波的波長是可以改變的電子

15、波的波長是可以改變的hmv212mveU 可見光的波長大約可見光的波長大約390 nm到到760 nm之間。如果加速電壓是之間。如果加速電壓是100 kV的話，電子波的波長的話，電子波的波長比可見光短十萬倍。比可見光短十萬倍。2,2eUhvmemU 不同加速電壓下的電子波波長不同加速電壓下的電子波波長 20406080100 0.008590.006010.004870.004180.00371 1201602005001000 0.003340.002850.002510.001420.00087 加速電壓加速電壓U/KV電子波長電子波長/nm加速電壓加速電壓U/KV電子波長電子波長/nm三

16、、電磁透鏡三、電磁透鏡u電子可以憑借軸對稱的非均勻電場、磁場的力，電子可以憑借軸對稱的非均勻電場、磁場的力，使其會聚或發(fā)散，從而達(dá)到成像的目的使其會聚或發(fā)散，從而達(dá)到成像的目的。J由由靜電場靜電場制成的透鏡制成的透鏡 靜電透鏡靜電透鏡J由由磁場磁場制成的透鏡制成的透鏡 磁透鏡磁透鏡 u磁透鏡和靜電透鏡相比有如下的優(yōu)點(diǎn)磁透鏡和靜電透鏡相比有如下的優(yōu)點(diǎn)磁透鏡磁透鏡靜電透鏡靜電透鏡1. 改變線圈中的電流強(qiáng)度改變線圈中的電流強(qiáng)度可很方便可很方便的的控制焦距和放大率控制焦距和放大率；2. 無擊穿無擊穿，供給磁透鏡線圈的電壓，供給磁透鏡線圈的電壓為為60到到100伏伏；3. 像差小像差小。1. 需需改變很

17、高的加速電壓改變很高的加速電壓才可才可改變改變焦距和放大率焦距和放大率；2. 靜電透鏡需靜電透鏡需數(shù)萬伏數(shù)萬伏電壓，常會電壓，常會引引起擊穿起擊穿；3. 像差較大像差較大。 目前，應(yīng)用較多的是磁透鏡，我們只是分析磁目前，應(yīng)用較多的是磁透鏡，我們只是分析磁透鏡是如何工作的。透鏡是如何工作的。u磁透鏡結(jié)構(gòu)剖面圖磁透鏡結(jié)構(gòu)剖面圖u磁透鏡使電子會聚的原理磁透鏡使電子會聚的原理OOz 電子在磁透鏡中的運(yùn)動軌跡電子在磁透鏡中的運(yùn)動軌跡AC圖圖1-3（b）A點(diǎn)位置的點(diǎn)位置的B 和和v的分解情況的分解情況OOACrvrvzv2Frzvrv1FzBtvrFzBu當(dāng)電子走到當(dāng)電子走到C點(diǎn)位置時(shí)，點(diǎn)位置時(shí)，Br的方

18、向改變的方向改變180，F(xiàn)t隨隨之反向，即在之反向，即在C處有一離軸作用力，可以抵消與處有一離軸作用力，可以抵消與A點(diǎn)相當(dāng)?shù)南蜉S作用力，點(diǎn)相當(dāng)?shù)南蜉S作用力， 由于磁場中心部分比兩旁由于磁場中心部分比兩旁的強(qiáng)，因此在的強(qiáng)，因此在A、C中心部分受到特別大的向軸力中心部分受到特別大的向軸力是抵不掉的，電子繼續(xù)向軸偏轉(zhuǎn)。出磁場后又是是抵不掉的，電子繼續(xù)向軸偏轉(zhuǎn)。出磁場后又是直線運(yùn)動。這條直線與軸成直線運(yùn)動。這條直線與軸成 角，并與軸交于角，并與軸交于O點(diǎn)。點(diǎn)。OOACrvrvzv電磁透鏡原理圖電磁透鏡原理圖 短線圈磁場中的電子運(yùn)動顯短線圈磁場中的電子運(yùn)動顯示了電磁透鏡聚焦成像的基示了電磁透鏡聚焦成像的

19、基本原理。實(shí)際電磁透鏡中為本原理。實(shí)際電磁透鏡中為了增強(qiáng)磁感應(yīng)強(qiáng)度，通常將了增強(qiáng)磁感應(yīng)強(qiáng)度，通常將線圈置于一個(gè)由軟磁材料線圈置于一個(gè)由軟磁材料（純鐵或低碳鋼）制成的具（純鐵或低碳鋼）制成的具有內(nèi)環(huán)形間隙的殼子里（如有內(nèi)環(huán)形間隙的殼子里（如右圖）。右圖）。 Oz帶鐵殼的帶極靴的透鏡帶鐵殼的帶極靴的透鏡O 為了使線圈內(nèi)的為了使線圈內(nèi)的磁場強(qiáng)度進(jìn)一步增磁場強(qiáng)度進(jìn)一步增強(qiáng)，可以在電磁線強(qiáng)，可以在電磁線圈內(nèi)加上一對磁性圈內(nèi)加上一對磁性材料的錐形環(huán)材料的錐形環(huán)極極靴替帶軟鐵磁殼上靴替帶軟鐵磁殼上的內(nèi)環(huán)形間隙，尺的內(nèi)環(huán)形間隙，尺寸可以更精確?？纱缈梢愿_?？墒褂行Т艌黾械绞褂行Т艌黾械窖赝哥R軸向幾毫米

20、沿透鏡軸向幾毫米的范圍之內(nèi)的范圍之內(nèi)2()rUfKIN電磁透鏡的焦距和放大倍數(shù)可以通過改變激磁電流而連續(xù)變化。電磁透鏡的焦距和放大倍數(shù)可以通過改變激磁電流而連續(xù)變化。12111fLL1fMLf焦距焦距加速電壓加速電壓激磁安匝數(shù)激磁安匝數(shù)物距物距像距像距放大倍數(shù)放大倍數(shù)第二節(jié)第二節(jié) 電磁透鏡的像差與分辨率電磁透鏡的像差與分辨率 電磁透鏡也存在缺陷，使得實(shí)際分辨距離遠(yuǎn)小于電磁透鏡也存在缺陷，使得實(shí)際分辨距離遠(yuǎn)小于理論分辨距離，對電鏡分辨本領(lǐng)起作用的象差有理論分辨距離，對電鏡分辨本領(lǐng)起作用的象差有幾何幾何象差（球差、象散等）和色差象差（球差、象散等）和色差。u幾何象差是因?yàn)橥哥R磁場幾何形狀上的缺陷而

21、造成幾何象差是因?yàn)橥哥R磁場幾何形狀上的缺陷而造成的的；u色差是由于電子波的波長或能量發(fā)生一定幅度的改色差是由于電子波的波長或能量發(fā)生一定幅度的改變而造成的變而造成的。 三、電磁透鏡三、電磁透鏡(一一) 球差球差u定義定義：球差是由于電子透鏡的中心區(qū)域和邊沿區(qū)域?qū)﹄娮忧虿钍怯捎陔娮油哥R的中心區(qū)域和邊沿區(qū)域?qū)﹄娮拥臅勰芰Σ煌斐傻牡臅勰芰Σ煌斐傻?。u成因成因：遠(yuǎn)軸的電子通過透鏡折射得比近軸電子要厲害的多，：遠(yuǎn)軸的電子通過透鏡折射得比近軸電子要厲害的多，以致兩者不交在一點(diǎn)上，結(jié)果在像平面成了一個(gè)漫散圓斑，以致兩者不交在一點(diǎn)上，結(jié)果在像平面成了一個(gè)漫散圓斑，半徑為半徑為 還原到物平面，則還原

22、到物平面，則 為球差系數(shù)。為球差系數(shù)。 為孔徑角，透鏡分辨本領(lǐng)隨為孔徑角，透鏡分辨本領(lǐng)隨 增大而迅速變壞。增大而迅速變壞。u減小措施減小措施：減?。簻p小 ；縮?。豢s小314SMsrMCsC314SMssrrCMsCP像像P透鏡透鏡物物P光軸光軸消除球差的方法三消除球差的方法三：改變透鏡形狀。（很難）。：改變透鏡形狀。（很難）。消除方法一消除方法一：小孔徑成像：小孔徑成像314ssrC消除球差的方法四消除球差的方法四：多片透鏡組合（只適合于光學(xué)）：多片透鏡組合（只適合于光學(xué)）消除方法二消除方法二：大的激磁電流可以減小透鏡球差（減?。捍蟮募ご烹娏骺梢詼p小透鏡球差（減小球差系數(shù)球差系數(shù))(二二) 像

23、散像散u定義定義： 由于透鏡的磁場周向不對稱所引起的一種像差。由于透鏡的磁場周向不對稱所引起的一種像差。u成因成因：磁場不對稱時(shí)，就出現(xiàn)像散磁場不對稱時(shí)，就出現(xiàn)像散。有的方向電子束的折射。有的方向電子束的折射比別的方向強(qiáng)，比別的方向強(qiáng)，如圖如圖所示，在所示，在A平面運(yùn)行的電子束聚焦在平面運(yùn)行的電子束聚焦在PA點(diǎn)，點(diǎn)，而在而在B平面運(yùn)行的電子聚焦在平面運(yùn)行的電子聚焦在PB點(diǎn)，依次類推。這樣，圓形物點(diǎn)，依次類推。這樣，圓形物點(diǎn)的象就變成了橢圓形的漫散圓斑，其平均半徑為點(diǎn)的象就變成了橢圓形的漫散圓斑，其平均半徑為 還原到物平面還原到物平面 為象散引起的最大焦距差；為象散引起的最大焦距差； 透鏡磁場不

24、對稱，可能是透鏡磁場不對稱，可能是由于極靴被污染，或極靴的機(jī)械由于極靴被污染，或極靴的機(jī)械不對稱性，或極靴材料各向磁導(dǎo)率差異引起不對稱性，或極靴材料各向磁導(dǎo)率差異引起。u減小措施減小措施：減?。簻p小 和和 ；像散可由附加磁場的電磁消像散像散可由附加磁場的電磁消像散器來校正器來校正。12A MArM f12AArfAfAf平面平面BPA透鏡平面透鏡平面物物P光軸光軸PBfA 平面平面A 像散是可以消除的像差，可以通過引入一個(gè)強(qiáng)度和方像散是可以消除的像差，可以通過引入一個(gè)強(qiáng)度和方位可調(diào)的矯正磁場來進(jìn)行補(bǔ)償。產(chǎn)生這個(gè)矯正磁場的裝位可調(diào)的矯正磁場來進(jìn)行補(bǔ)償。產(chǎn)生這個(gè)矯正磁場的裝置叫消像散器。置叫消像散

25、器。u定義定義：色差是由于電子的能量不同、從而波長不一造成色差是由于電子的能量不同、從而波長不一造成的的。u成因成因：電子透鏡的焦距隨著電子能量而改變，因此，能：電子透鏡的焦距隨著電子能量而改變，因此，能量不同的電子束將沿不同的軌跡運(yùn)動。產(chǎn)生的漫散圓斑還量不同的電子束將沿不同的軌跡運(yùn)動。產(chǎn)生的漫散圓斑還原到物平面，其半徑為原到物平面，其半徑為 是透鏡的色差系數(shù)，大致等于其焦距；是透鏡的色差系數(shù)，大致等于其焦距； 是電子能量的變化率。是電子能量的變化率。u減小措施減小措施：減小樣品厚度減小樣品厚度；穩(wěn)定加速電壓穩(wěn)定加速電壓(三三) 色差色差CcErCEcCE E能量為能量為E的的電子軌跡電子軌跡

26、像像1透鏡透鏡物物P光軸光軸能量為能量為E- E的的電子軌跡電子軌跡像像2 引起電子束能量變化的主要有引起電子束能量變化的主要有兩個(gè)原因兩個(gè)原因：u電子的加速電壓不穩(wěn)定電子的加速電壓不穩(wěn)定；u電子束照射到試樣時(shí)，和試樣相互作用，一部分電電子束照射到試樣時(shí)，和試樣相互作用，一部分電子發(fā)生非彈性散射，致使電子的能量發(fā)生變化子發(fā)生非彈性散射，致使電子的能量發(fā)生變化。 使用薄試樣和小孔徑光闌使用薄試樣和小孔徑光闌將散射角大的非彈性將散射角大的非彈性散射電子擋掉，將散射電子擋掉，將有助于減小色散有助于減小色散。在電子透鏡中，球差對分辨本在電子透鏡中，球差對分辨本領(lǐng)的影響最為重要，因?yàn)闆]有領(lǐng)的影響最為重要

27、，因?yàn)闆]有一種簡便的方法使其矯正，而一種簡便的方法使其矯正，而其它象差，可以通過一些方法其它象差，可以通過一些方法消除。消除。 PAY ATTENTION 光學(xué)顯微鏡的分辨本領(lǐng)基本上決定于像差和衍光學(xué)顯微鏡的分辨本領(lǐng)基本上決定于像差和衍射，而像差基本上可以消除到忽略不計(jì)的程度，因射，而像差基本上可以消除到忽略不計(jì)的程度，因此，此，分辨本領(lǐng)主要取決于衍射分辨本領(lǐng)主要取決于衍射。 電子透鏡中，不能用大的孔徑角，若這樣做，電子透鏡中，不能用大的孔徑角，若這樣做，球差和象差就會很大，但可通過減小孔徑角的方法球差和象差就會很大，但可通過減小孔徑角的方法來減小象差，提高分辨本領(lǐng)，但不能過小。來減小象差，提

28、高分辨本領(lǐng)，但不能過小。二二、分辨率、分辨率 顯微鏡的分辨極限顯微鏡的分辨極限是是 電鏡情況下，電鏡情況下， ， =10-210-3 因此因此 可見，光闌尺寸過小，會使分辨本領(lǐng)變壞，這可見，光闌尺寸過小，會使分辨本領(lǐng)變壞，這就是說，就是說，光闌的最佳尺寸應(yīng)該是球差和衍射兩者所光闌的最佳尺寸應(yīng)該是球差和衍射兩者所限定的值限定的值。0.61sindn1n 0.61d30.61sC1/41.4bestsC 相對應(yīng)的最佳光闌直徑相對應(yīng)的最佳光闌直徑 式中的式中的f 為透鏡的焦距。將為透鏡的焦距。將 代入可得代入可得 目前，目前，通用的較精確的理論分辨公式和最佳孔通用的較精確的理論分辨公式和最佳孔徑角公

29、式為徑角公式為 將各類電鏡缺陷的影響減至最小，電子透鏡的將各類電鏡缺陷的影響減至最小，電子透鏡的分辨本領(lǐng)比光學(xué)透鏡提高了分辨本領(lǐng)比光學(xué)透鏡提高了一千倍一千倍左右。左右。2bestbestDf3/41/4minsdACbest3/41/4min0.43sdC1/41/4min1.4sC第三節(jié)第三節(jié) 電磁透鏡的景深和焦長電磁透鏡的景深和焦長 電磁透鏡電磁透鏡分辨本領(lǐng)大，景深大，焦長長分辨本領(lǐng)大，景深大，焦長長。u景深景深是指在保持象清晰的前提下，試樣在物平面上是指在保持象清晰的前提下，試樣在物平面上下沿鏡軸可移動的距離，或者說試樣超越物平面所下沿鏡軸可移動的距離，或者說試樣超越物平面所允許的厚度。

30、允許的厚度。u焦長焦長是指在保持象清晰的前提下，象平面沿鏡軸可是指在保持象清晰的前提下，象平面沿鏡軸可移動的距離，或者說觀察屏或照相底版沿鏡軸所允移動的距離，或者說觀察屏或照相底版沿鏡軸所允許的移動距離。許的移動距離。 電子透鏡之所以有這種特點(diǎn)，是由于所用的孔電子透鏡之所以有這種特點(diǎn)，是由于所用的孔徑角非常小的緣故。這種特點(diǎn)在電子顯微鏡的應(yīng)用徑角非常小的緣故。這種特點(diǎn)在電子顯微鏡的應(yīng)用和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上具有重大意義。和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上具有重大意義。一一、景深、景深在物平面上得到較清晰影像的最近被攝點(diǎn)與最遠(yuǎn)在物平面上得到較清晰影像的最近被攝點(diǎn)與最遠(yuǎn)被攝點(diǎn)間的距離稱為被攝點(diǎn)間的距離稱為。Df 電磁透鏡景深是指

31、當(dāng)成像時(shí)，像平面不電磁透鏡景深是指當(dāng)成像時(shí)，像平面不動（像距不變），在滿足成像清晰的前提下，動（像距不變），在滿足成像清晰的前提下，物平面沿軸線前后可移動的距離物平面沿軸線前后可移動的距離 當(dāng)物點(diǎn)位于當(dāng)物點(diǎn)位于O O處時(shí)，電子通過透鏡在處時(shí)，電子通過透鏡在OO處會聚。讓像平面位于處會聚。讓像平面位于OO處，此時(shí)像平面處，此時(shí)像平面上是一像點(diǎn)；當(dāng)物點(diǎn)沿軸線漸移到上是一像點(diǎn)；當(dāng)物點(diǎn)沿軸線漸移到A A處時(shí)，處時(shí)，聚焦點(diǎn)則從聚焦點(diǎn)則從OO沿軸線移到了沿軸線移到了AA處，由于像處，由于像平面固定不動，此時(shí)位于平面固定不動，此時(shí)位于OO處的像平面上處的像平面上逐漸由像點(diǎn)變成一個(gè)散焦斑。如果衍射效應(yīng)逐漸由像

32、點(diǎn)變成一個(gè)散焦斑。如果衍射效應(yīng)是決定電磁透鏡分辨率的控制因素，那么散是決定電磁透鏡分辨率的控制因素，那么散焦斑半徑焦斑半徑R R0 0折算到物平面上的尺寸只要不大折算到物平面上的尺寸只要不大于于rr0 0，像平面上就能成一幅清晰的像。，像平面上就能成一幅清晰的像。 軸線上軸線上ABAB兩點(diǎn)間的距離就是景深兩點(diǎn)間的距離就是景深D Df f。由圖由圖7-97-9的幾何關(guān)系可推導(dǎo)出景深的計(jì)算公式為：的幾何關(guān)系可推導(dǎo)出景深的計(jì)算公式為： 0022rtgrDf二、焦長二、焦長透鏡像平面允許的軸向偏差定義為透鏡的焦長。透鏡像平面允許的軸向偏差定義為透鏡的焦長。 202LrDM一般電磁透鏡的一般電磁透鏡的

33、=10-2-10-3rad，透鏡分辨本領(lǐng)，透鏡分辨本領(lǐng)1 nm，假如放大倍數(shù)為假如放大倍數(shù)為200倍，則焦長為倍，則焦長為8 mm對于多級電磁透鏡組成的電子顯微鏡而言，焦長可能對于多級電磁透鏡組成的電子顯微鏡而言，焦長可能超過超過10-20cm。v9-1 透射電子顯微鏡的結(jié)構(gòu)與成像原理透射電子顯微鏡的結(jié)構(gòu)與成像原理v9-2 主要部件的結(jié)構(gòu)與工作原理主要部件的結(jié)構(gòu)與工作原理v9-3 透射電子顯微鏡分辨本領(lǐng)和放大倍數(shù)測定透射電子顯微鏡分辨本領(lǐng)和放大倍數(shù)測定第第9 9章章 透射電子顯微鏡透射電子顯微鏡第第一一節(jié)節(jié) 透透射電子顯微鏡的結(jié)構(gòu)與成像原理射電子顯微鏡的結(jié)構(gòu)與成像原理 透射電子顯微鏡是以透射電

34、子顯微鏡是以波長極短的電子束作為照波長極短的電子束作為照明源明源，用電磁透鏡來聚焦成像，用電磁透鏡來聚焦成像，因此有很高的放大因此有很高的放大倍數(shù)（倍數(shù)（106倍），高分辨率（倍），高分辨率（0.1nm）。）。透射電鏡透射電鏡（TEM）電子光學(xué)系統(tǒng)（核心）電子光學(xué)系統(tǒng)（核心）電源與控制系統(tǒng)電源與控制系統(tǒng)真空系統(tǒng)真空系統(tǒng)照明系統(tǒng)照明系統(tǒng)成像系統(tǒng)成像系統(tǒng)觀察與記錄系統(tǒng)觀察與記錄系統(tǒng)TEM 電子光學(xué)系統(tǒng)（鏡筒）電子光學(xué)系統(tǒng)（鏡筒）電源與控制系統(tǒng)電源與控制系統(tǒng)真空系統(tǒng)真空系統(tǒng) 照明系統(tǒng)照明系統(tǒng)成像系統(tǒng)成像系統(tǒng)觀察記錄系統(tǒng)觀察記錄系統(tǒng)電子槍：電子槍：TEM電子源電子源聚光鏡聚光鏡 平移、對中傾斜調(diào)節(jié)裝置

35、平移、對中傾斜調(diào)節(jié)裝置物鏡、中間鏡、投影物鏡、中間鏡、投影鏡鏡熒光屏和照相裝置熒光屏和照相裝置TEM的結(jié)構(gòu)：的結(jié)構(gòu)：概述概述1 TEM的光路成像原理的光路成像原理 電子槍發(fā)射電子束電子槍發(fā)射電子束 經(jīng)聚光鏡聚焦經(jīng)聚光鏡聚焦 照明樣品照明樣品 電子束穿過樣品電子束穿過樣品 在物鏡的背焦面上形成衍射花樣在物鏡的背焦面上形成衍射花樣 在物鏡的像平面上形成顯微圖像在物鏡的像平面上形成顯微圖像 圖像被中間鏡和投影鏡逐步放大圖像被中間鏡和投影鏡逐步放大 在熒光屏或感光底片上成像在熒光屏或感光底片上成像 經(jīng)物鏡放大成像經(jīng)物鏡放大成像圖圖 透射顯透射顯微鏡構(gòu)造原微鏡構(gòu)造原理和光路理和光路b) 透射光透射光學(xué)顯

36、微鏡學(xué)顯微鏡a) 透射電子顯微鏡透射電子顯微鏡作用：作用：提供一束高亮度、孔徑角小、平行度好、束提供一束高亮度、孔徑角小、平行度好、束流穩(wěn)定、可平移傾斜的電子束。流穩(wěn)定、可平移傾斜的電子束。 電子槍電子槍 提供電子束提供電子束 構(gòu)成構(gòu)成： 聚光鏡聚光鏡 匯聚電子束、調(diào)節(jié)束斑匯聚電子束、調(diào)節(jié)束斑 調(diào)節(jié)裝置（偏轉(zhuǎn)器）調(diào)節(jié)裝置（偏轉(zhuǎn)器） 調(diào)節(jié)電子束調(diào)節(jié)電子束 的照明角度及位置的照明角度及位置一一、照明系統(tǒng)照明系統(tǒng)1.1.電子槍電子槍 作用：作用：提供電子束，最常用的是熱陰極電子槍提供電子束，最常用的是熱陰極電子槍。 鎢絲陰極鎢絲陰極：發(fā)射電子：發(fā)射電子 柵極柵極 ：穩(wěn)定電子流：穩(wěn)定電子流 使電子匯聚

37、成束（使電子匯聚成束（50m電子源）電子源） 陽極陽極 ：加速電子：加速電子 構(gòu)成：構(gòu)成：圖圖 電子槍電子槍 (a)自偏壓回路自偏壓回路 (b)電子槍內(nèi)的等電位面電子槍內(nèi)的等電位面2.聚光鏡聚光鏡 作用：作用： a 把來自電子槍的發(fā)散的電子束（把來自電子槍的發(fā)散的電子束（ 50m ）聚成）聚成細(xì)束（細(xì)束（ 210m ）；）； b 配合使用聚光鏡光闌，可以調(diào)節(jié)照明強(qiáng)度、孔配合使用聚光鏡光闌，可以調(diào)節(jié)照明強(qiáng)度、孔徑角。徑角。 第一聚光鏡第一聚光鏡縮小束斑（縮小束斑（15m ）；）； 第二聚光鏡第二聚光鏡放大束斑（放大束斑（ 210m ），）， 可得到幾乎平行的照明電子束?？傻玫綆缀跗叫械恼彰麟娮邮?/p>

38、。照明系統(tǒng)光路照明系統(tǒng)光路二、成像系統(tǒng)二、成像系統(tǒng) 成像系統(tǒng)主要由成像系統(tǒng)主要由物鏡、中間鏡和投影鏡物鏡、中間鏡和投影鏡構(gòu)成，構(gòu)成，其作用是成像，電磁透鏡和光學(xué)透鏡作用相似，其作用是成像，電磁透鏡和光學(xué)透鏡作用相似，成像公式也相同。成像公式也相同。1. 物鏡物鏡 a. 作用作用： 用來形成第一幅高分辨率電子顯用來形成第一幅高分辨率電子顯 微圖像或電子衍射花樣；微圖像或電子衍射花樣； 注：注： 透射電鏡分辨本領(lǐng)的高低，主要取透射電鏡分辨本領(lǐng)的高低，主要取 決于物鏡。決于物鏡。 b.物鏡的特點(diǎn)：物鏡的特點(diǎn)： 是強(qiáng)激磁短焦距的透鏡（是強(qiáng)激磁短焦距的透鏡（=13mm）；）； 放大倍數(shù)較高，一般在放大倍

39、數(shù)較高，一般在100300倍；倍； 最高分辨率可達(dá)最高分辨率可達(dá)0.1nm左右。左右。物鏡的背焦面上有物鏡的背焦面上有物鏡光闌。物鏡光闌。其作用其作用： 減小球差、像散、色差；減小球差、像散、色差； 進(jìn)行暗場及衍襯成像進(jìn)行暗場及衍襯成像。2. 中間鏡中間鏡 a.作用作用：放大或縮小來自物鏡的電子像，并且調(diào)節(jié)：放大或縮小來自物鏡的電子像，并且調(diào)節(jié)中間鏡的位置，可以進(jìn)行中間鏡的位置，可以進(jìn)行成像操作成像操作和和電子衍射操作。電子衍射操作。 如果把中間鏡的如果把中間鏡的物平面和物鏡的像平面重合物平面和物鏡的像平面重合，則，則在熒光屏上得到一幅放大像在熒光屏上得到一幅放大像成像操作成像操作。 如果把中

40、間鏡的如果把中間鏡的物平面和物鏡的背焦面重合物平面和物鏡的背焦面重合，則，則在熒光屏上得到一幅電子衍射花樣在熒光屏上得到一幅電子衍射花樣電子衍射操電子衍射操作。作。圖圖 透射電鏡成像系統(tǒng)的兩種基本操作透射電鏡成像系統(tǒng)的兩種基本操作(a)(a)將衍射譜投影到熒光屏將衍射譜投影到熒光屏 (b)(b)將顯微像投影到熒光屏將顯微像投影到熒光屏 b. 中間鏡特點(diǎn)中間鏡特點(diǎn) 弱激磁長焦距；弱激磁長焦距； 可變倍率，可在可變倍率，可在020倍調(diào)節(jié)（其放大倍數(shù)大于倍調(diào)節(jié)（其放大倍數(shù)大于 1，放大物鏡像；放大倍數(shù)小于，放大物鏡像；放大倍數(shù)小于1時(shí)，縮小物鏡像）。時(shí)，縮小物鏡像）。 （ 總放大倍數(shù)為物鏡、中間鏡、

41、投影鏡三級放總放大倍數(shù)為物鏡、中間鏡、投影鏡三級放 大倍數(shù)的乘積）大倍數(shù)的乘積）3. 投影鏡投影鏡 作用作用：把中間鏡放大或縮小的像（電子衍射花：把中間鏡放大或縮小的像（電子衍射花樣）進(jìn)一步放大并投影到熒光屏；樣）進(jìn)一步放大并投影到熒光屏； 特點(diǎn)特點(diǎn)：a 強(qiáng)激磁短焦距；強(qiáng)激磁短焦距； b 孔徑角很小，因此景深和焦長都非孔徑角很小，因此景深和焦長都非 常大。常大。三、觀察記錄系統(tǒng)三、觀察記錄系統(tǒng)1. 構(gòu)成構(gòu)成：熒光屏和照相機(jī)構(gòu)。：熒光屏和照相機(jī)構(gòu)。2. 作用作用：當(dāng)反映樣品微觀特征的電子強(qiáng)度分布，：當(dāng)反映樣品微觀特征的電子強(qiáng)度分布， 由成像系統(tǒng)投射到熒光屏后，被轉(zhuǎn)換成由成像系統(tǒng)投射到熒光屏后，被

42、轉(zhuǎn)換成 與電子強(qiáng)度成比例的可見光圖像，還可與電子強(qiáng)度成比例的可見光圖像，還可 利用照利用照 相機(jī)構(gòu)進(jìn)行照相。相機(jī)構(gòu)進(jìn)行照相。 熒光屏有較高的分辨率，因此可用光學(xué)放大熒光屏有較高的分辨率，因此可用光學(xué)放大鏡進(jìn)一步放大。鏡進(jìn)一步放大。TEM有兩種基本成像模式：有兩種基本成像模式： 衍射成像衍射成像晶體結(jié)構(gòu)同位分析晶體結(jié)構(gòu)同位分析 顯微成像顯微成像微觀組織形貌觀察微觀組織形貌觀察1. 顯微成像顯微成像 高放大倍數(shù)成像高放大倍數(shù)成像：中間鏡以物鏡像為物，投影：中間鏡以物鏡像為物，投影 鏡又以中間鏡像為物，成像于熒光屏，結(jié)果可鏡又以中間鏡像為物，成像于熒光屏，結(jié)果可 以獲得幾萬至幾十萬放大倍數(shù)電子像。以

43、獲得幾萬至幾十萬放大倍數(shù)電子像。 中放大倍數(shù)成像中放大倍數(shù)成像：利用中間鏡來：利用中間鏡來縮小縮小物鏡像，物鏡像， 再利用投影鏡放大，中間鏡像放大倍數(shù)為幾千再利用投影鏡放大，中間鏡像放大倍數(shù)為幾千 幾萬倍。幾萬倍。 低倍放大成像低倍放大成像: 減少透鏡數(shù)目或放大倍數(shù)，例如關(guān)閉物鏡，減弱減少透鏡數(shù)目或放大倍數(shù)，例如關(guān)閉物鏡，減弱中間鏡的激磁強(qiáng)度，使中間鏡起著長焦距物鏡作用，中間鏡的激磁強(qiáng)度，使中間鏡起著長焦距物鏡作用，投影鏡以中間鏡像為物，成像于熒光屏，放大倍數(shù)幾投影鏡以中間鏡像為物，成像于熒光屏，放大倍數(shù)幾百倍百倍。2. 衍射成像衍射成像 晶體樣品通過物鏡在后焦面上形成衍射像，晶體樣品通過物鏡

44、在后焦面上形成衍射像，調(diào)節(jié)中間鏡焦距，調(diào)節(jié)中間鏡焦距，使其物平面與物鏡后焦面使其物平面與物鏡后焦面重合，可以最終在熒光屏上形成二次放大的重合，可以最終在熒光屏上形成二次放大的衍射圖像衍射圖像。有意義的衍射像必須明確它是來。有意義的衍射像必須明確它是來自樣品那個(gè)區(qū)域的衍射波，這就是選區(qū)衍射。自樣品那個(gè)區(qū)域的衍射波，這就是選區(qū)衍射。鏡筒內(nèi)為什么保持高真空狀態(tài)：鏡筒內(nèi)為什么保持高真空狀態(tài)： 防止高速電子受空氣分子碰撞而改變運(yùn)動防止高速電子受空氣分子碰撞而改變運(yùn)動軌跡；軌跡； 避免因空氣分子電離而引起放電而破壞了避免因空氣分子電離而引起放電而破壞了電子槍電極間的絕緣；電子槍電極間的絕緣；避免陰極氧化及

45、樣品污染。避免陰極氧化及樣品污染。 為什么使用電磁透鏡？為什么使用電磁透鏡？ 使用靜電透鏡（用電場聚焦）需要高壓，給設(shè)使用靜電透鏡（用電場聚焦）需要高壓，給設(shè)備的設(shè)計(jì)和操作帶來不便。備的設(shè)計(jì)和操作帶來不便。 故現(xiàn)代電鏡中靜電透鏡只在電子槍中使用；而聚故現(xiàn)代電鏡中靜電透鏡只在電子槍中使用；而聚光鏡、物鏡、中間鏡和投影鏡則都采用電磁透鏡光鏡、物鏡、中間鏡和投影鏡則都采用電磁透鏡（用磁場聚焦），可以通過改變激磁電流來調(diào)節(jié)透（用磁場聚焦），可以通過改變激磁電流來調(diào)節(jié)透鏡的聚焦能力鏡的聚焦能力。TEMTEM和光學(xué)透射顯微鏡的異同和光學(xué)透射顯微鏡的異同相同點(diǎn)：相同點(diǎn)： （1）光學(xué)成像原理相同；）光學(xué)成像原

46、理相同； （2）都能用于形貌分析。）都能用于形貌分析。不同點(diǎn)：不同點(diǎn)： （1）光源不同；）光源不同； （2）聚焦透鏡不同；）聚焦透鏡不同； （3）TEM中有中間鏡；中有中間鏡； （4）成像屏幕不同；）成像屏幕不同； （5） TEM鏡筒中要保持高真空；鏡筒中要保持高真空； （6）放大倍數(shù)及分辨率不同；）放大倍數(shù)及分辨率不同； （7）景深焦長不同。）景深焦長不同。第二節(jié)第二節(jié) 主主要部件的結(jié)構(gòu)與工作原理要部件的結(jié)構(gòu)與工作原理1樣品臺樣品臺1.功能功能：承載樣品，并使樣品能在物鏡極靴孔：承載樣品，并使樣品能在物鏡極靴孔 內(nèi)內(nèi)平移、傾斜、旋轉(zhuǎn)，平移、傾斜、旋轉(zhuǎn)，以選擇感興趣以選擇感興趣 的樣品區(qū)域或位

47、向進(jìn)行觀察分析。的樣品區(qū)域或位向進(jìn)行觀察分析。 （由于（由于TEM樣品既薄又小，厚度在樣品既薄又小，厚度在5500nm之之間，通常用外徑為間，通常用外徑為3mm的銅網(wǎng)來支持。）的銅網(wǎng)來支持。）2. 應(yīng)滿足的要求應(yīng)滿足的要求 銅網(wǎng)應(yīng)牢固地夾持在樣品座中并保持良好的銅網(wǎng)應(yīng)牢固地夾持在樣品座中并保持良好的 熱電接觸，應(yīng)減小電子照射引起的熱堆積和熱電接觸，應(yīng)減小電子照射引起的熱堆積和 電荷堆積，以免使樣品損傷或圖像漂移；電荷堆積，以免使樣品損傷或圖像漂移； 樣品臺能夠平移，以確保樣品銅網(wǎng)上大部分樣品臺能夠平移，以確保樣品銅網(wǎng)上大部分 區(qū)域都能觀察到；區(qū)域都能觀察到； 樣品移動機(jī)構(gòu)要有足夠的精度；樣品移

48、動機(jī)構(gòu)要有足夠的精度； 樣品能相對于電子束照射方向作有目的的傾樣品能相對于電子束照射方向作有目的的傾 斜，以便從不同方位獲得各種形貌和晶體學(xué)斜，以便從不同方位獲得各種形貌和晶體學(xué) 信息。信息。3. 常用的傾斜裝置常用的傾斜裝置斜插式傾斜裝置（見下圖）斜插式傾斜裝置（見下圖） 構(gòu)成：構(gòu)成：圓柱分度盤圓柱分度盤顯示傾斜的度數(shù)顯示傾斜的度數(shù) 樣品桿樣品桿承載樣品，可旋轉(zhuǎn)使樣品傾斜承載樣品，可旋轉(zhuǎn)使樣品傾斜二二. 電子束傾斜與平移裝置電子束傾斜與平移裝置 為了適應(yīng)各種成像操作，電子束需平移和傾斜為了適應(yīng)各種成像操作，電子束需平移和傾斜電磁偏轉(zhuǎn)器可實(shí)現(xiàn)這種功能。電磁偏轉(zhuǎn)器可實(shí)現(xiàn)這種功能。 電磁偏轉(zhuǎn)器由上

49、、下偏轉(zhuǎn)線圈構(gòu)成電磁偏轉(zhuǎn)器由上、下偏轉(zhuǎn)線圈構(gòu)成。（見下圖）。（見下圖）平移平移上偏轉(zhuǎn)線圈使電子束順時(shí)針偏轉(zhuǎn)上偏轉(zhuǎn)線圈使電子束順時(shí)針偏轉(zhuǎn)角，下偏角，下偏轉(zhuǎn)線圈又使電子束逆時(shí)針偏轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)線圈又使電子束逆時(shí)針偏轉(zhuǎn)角，結(jié)果電子束發(fā)生角，結(jié)果電子束發(fā)生了平移。了平移。傾斜傾斜上偏轉(zhuǎn)線圈使電子束順時(shí)針偏轉(zhuǎn)上偏轉(zhuǎn)線圈使電子束順時(shí)針偏轉(zhuǎn)角，下偏角，下偏轉(zhuǎn)線圈使電子束逆時(shí)針偏轉(zhuǎn)（轉(zhuǎn)線圈使電子束逆時(shí)針偏轉(zhuǎn)（+）角，結(jié)果電子束）角，結(jié)果電子束發(fā)生了傾斜，相對于原方向傾斜了發(fā)生了傾斜，相對于原方向傾斜了角。角。圖圖 電子束平移和傾斜的原理圖電子束平移和傾斜的原理圖(a)平移平移; (b)傾斜傾斜三三. 消像散器消像散器1

50、. 作用作用：消除像散，也就是因磁透鏡徑向磁場不：消除像散，也就是因磁透鏡徑向磁場不 均勻造成徑向焦點(diǎn)不同的現(xiàn)象。消像散器均勻造成徑向焦點(diǎn)不同的現(xiàn)象。消像散器 是將不均勻的磁場調(diào)整成各徑向均勻的磁是將不均勻的磁場調(diào)整成各徑向均勻的磁 場。場。橢圓形磁場橢圓形磁場圓形磁場。圓形磁場。2. 工作原理工作原理 消像散器分為：機(jī)械式和電磁式。消像散器分為：機(jī)械式和電磁式。 在電磁透鏡的外圍加兩對電磁體，每對電磁在電磁透鏡的外圍加兩對電磁體，每對電磁體均采用同極相對的安置方式，通過改變這兩對體均采用同極相對的安置方式，通過改變這兩對電磁體的激磁強(qiáng)度和磁場的方向，將橢圓形磁場電磁體的激磁強(qiáng)度和磁場的方向，