第1章電子光學(xué)基礎(chǔ)

第三部分

電子顯微分析第1章電子光學(xué)基礎(chǔ)第2章電子束與材料的相互作用第3章透射電子顯微分析第4章

電子衍射第5章

掃描電鏡與電子探針分析第1節(jié)電子光學(xué)基礎(chǔ)

1.0電子顯微分析概述1.1電子波與電磁透鏡1.2電磁透鏡的像差與分辨本領(lǐng)1.3電磁透鏡的景深和焦長1.0電子顯微分析概述電鏡是根據(jù)電子光學(xué)原理，用電子束和電子透鏡代替光束和光學(xué)透鏡，使物質(zhì)的細(xì)微結(jié)構(gòu)在非常高的放大倍數(shù)下成像的儀器。觀察微小物體的歷史，從放大鏡開始然后進(jìn)入顯微鏡時(shí)代。當(dāng)光學(xué)顯微鏡達(dá)到了分辨本領(lǐng)極限時(shí)，促成了電子顯微鏡的發(fā)明。

光學(xué)顯微鏡的構(gòu)思是：直接觀察物體放大后的像，以代替用放大鏡觀察物體本身。因此需要有兩塊透鏡組合起來。光學(xué)顯微鏡的有效放大率埃貝等從理論證明：光學(xué)顯微鏡分辨本領(lǐng)界限的因素是——光線的波長，因?yàn)楣鈱W(xué)顯微鏡是利用光線來看物體的，為了要看到物體，物體的尺寸必須大于光的波長，這就是光學(xué)顯微鏡所以會(huì)有極限的原因，也稱為光的衍射效應(yīng)的影響，是無法克服的極限，這個(gè)極限在200nm左右。有效放大率=人眼分辨本領(lǐng)值/顯微鏡分辨本領(lǐng)值眼睛是怎樣看見東西的？照相機(jī)有鏡頭、光圈、暗箱、底片和調(diào)節(jié)裝置。人眼的結(jié)構(gòu)的角膜和晶狀體相當(dāng)于鏡頭，瞳孔相當(dāng)于光圈，脈絡(luò)膜相當(dāng)于暗箱，視網(wǎng)膜相當(dāng)于底片。光學(xué)顯微鏡的原理掃描電鏡OM-TEM-SEM1.1電子波與電磁透鏡1.1光學(xué)顯微鏡的分辨率極限1.2電子波的波長1.3電磁透鏡電磁譜1.1.1光學(xué)顯微鏡的分辨率極限分辨本領(lǐng)指成像物體(試樣)上能分辨出來的兩個(gè)物點(diǎn)間的最小距離。光學(xué)顯微鏡的分辨本領(lǐng)為：光學(xué)顯微鏡的分辨本領(lǐng)的極限為2000?。1924年德布羅意(DeBrolie)發(fā)現(xiàn)電子波的波長比可見光短十萬倍。1926，布施(Busch)指出軸對(duì)稱非均勻磁場能使電子波聚焦。1933年魯斯卡(Rushka)等制造了世界上第一臺(tái)TEM。1.1.2電子波的波長電子顯微鏡的照明光源是電子波。電子波的波長取決于電子運(yùn)動(dòng)的速度和質(zhì)量，即：電子的速度和加速電壓U間存在下面關(guān)系：電子波的波長：不同加速電壓下電子波的波長(經(jīng)相對(duì)論校正)1.1.3電磁透鏡電磁透鏡的聚焦原理示意圖帶有軟磁殼的電磁透鏡示意圖物距：L1像距：L2焦距：f放大倍數(shù)：M電磁透鏡的焦距近似計(jì)算式：電磁透鏡是一種變焦距或變倍率的會(huì)聚透鏡有極靴電磁透鏡1.2電磁透鏡的像差與分辨本領(lǐng)1.2.1像差1.2.2分辨本領(lǐng)1.2.1像差球差球差即球面像差，是由于電磁透鏡的中心區(qū)域和邊緣區(qū)域?qū)﹄娮拥恼凵淠芰Σ环项A(yù)定的規(guī)律而造成的。離開透鏡主軸較遠(yuǎn)的電子(遠(yuǎn)軸電子)比主軸附近的電子(近軸電子)被折射程度過大。像散由透鏡磁場的非旋轉(zhuǎn)對(duì)稱而引起的可以通過消散像器來彌補(bǔ)

場發(fā)射-透射常規(guī)-透射場發(fā)射-掃描用途說明高分辨極靴(HR)●0.19nm×●1nm高分辨原子像、晶格像高傾角極靴(HT)×●×分析型專用數(shù)字相機(jī)(MSC)●894(2k×2k)●794(1k×1k)×數(shù)字成像用X射線能譜(EDS)●●●微區(qū)元素、雜質(zhì)分析二次電子像(SE)××●表面形貌分析背散射像(BS)××●表面形貌輔助手段加熱樣品臺(tái)(HeatingStage)×●●可到1000°C低溫樣品臺(tái)(CoolingStage)×●●液氮溫度—攝氏200°C色差由入射電子波長的非單一性所造成的1.2.2分辨本領(lǐng)電磁透鏡的分辨本領(lǐng)由

衍射效應(yīng)

球向像差

來決定衍射效應(yīng)對(duì)分辨本領(lǐng)的影響由衍射效應(yīng)所限定的分辨本領(lǐng)在理論上可由Rayleigh公式計(jì)算若只考慮衍射效應(yīng)，在照明光源和介質(zhì)一定的條件下，孔徑角α越大，透鏡的分辨本領(lǐng)越高。瑞利準(zhǔn)則像差對(duì)分辨率的影響為了使球差變小，可通過減小α來實(shí)現(xiàn)，但從衍射效應(yīng)來看α減小將使Δro變大，分辨本領(lǐng)下降。因此，兩者必須兼顧。關(guān)鍵是確定電磁透鏡的最佳孔徑半角α。，使得衍射效應(yīng)Airy斑和球差散焦斑尺寸大小相等，表明兩者對(duì)透鏡分辨本領(lǐng)影響效果一樣。＝ －>透射電鏡的最佳分辨本領(lǐng)達(dá)10-1nm數(shù)量級(jí)。如日本日立公司的H-9000型透射電鏡的點(diǎn)分辨率為1．8?。1.3電磁透鏡的景深和焦長1.3.1景深1.3.2焦