电镜基础-资料
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1、电子束照射到样品上,电子与物质作用: 使电子改变运动方向,称为散射;电子只改变运动方向,不改变能量,称为弹性散射; 既改变运动方向,又改变能量,称为非弹性散射。
2、透射电子显微镜(TEM )的磁透镜包括:长磁透镜、短磁透镜、极靴透镜长磁透镜:像的每一点都与磁力线平行,M=1,没有放大作用,焦距长;短磁透镜:a 、短磁透镜为会聚透镜;b 、透镜光焦度1/f 与(IN)2成正比;c 、焦距 f 与加速电压U (即电子速度)有关,电子速度越大,焦距越长。
3、理想成象的条件:a 、场分布严格轴对称;b 、满足傍轴条件; c 、电子初速度相等。
4、景深与焦深:景深(Df ):试样在物平面沿轴前后移动而不使分辨率下降的距离(2∆L ),即物的空间距离。
焦深(DL )象平面沿轴前后移动而不使成象分辨率降低的距离(2∆LM2),即象的空间距离,M5、电镜的象差中球差、畸变、像散称为几何像差,倍率色差和旋转色差称为色差。
球差系数Cs Cs 越小。
球差与分辨率的关系: Cs ——球差系数,α0——孔径角。
tga 0 <<1 畸变:当电子束不满足傍轴条件时,主要在中间镜和投影镜发生畸变。
像散:由于极靴加工精度的影响,使得磁场非对称,导致像在一个方向加长,另一个方向变短。
解决办法:加消像散器色差:由电子束能量宽度决定,包括倍率色差和旋转色差。
6、透射电镜成像的三个要素:分辨率(分辨能力)、衬度、放大倍数(1)分辨率(分辨能力):能分清两个点的中心距离的最小尺寸。
a 、人眼分辨能力:约b 、光学显微镜的分辨率δ——分辨率;λ——可见光波长; n sin α——透镜孔径值c 、电子显微镜的分辨率:BCs B ——常数,一般在0.43 ~ 0.65之间。
A 、TEM 分辨率的影响因素:δ=BCs ¼λ¾B ——常数,Cs ——球差系数球差、光波波长决定了TEM 的分辨率,提高电子束的加速电压,减小电子束的波长,降低球差、色差对分辨率的影响;同时影响其分辨率的因素还有:灯丝的形状:双聚光镜的第一聚光镜要求为强透镜,而第二聚光镜为弱透镜。
电镜复习材料第一章概述1、电子显微镜的发展德国人Ruska 1938年制造出一台真正实用的电子显微镜,其分辨率为10nm ,比光镜提高了20倍。
由于Ruska 在电子显微镜方面作出的巨大贡献,他被誉为电子显微镜之父。
2、电子显微镜发展的理论基础Broglie 的粒子波动性理论Busch 的电磁场对电子具有会聚作用的理论3、电子显微镜的类型(知道,了解)透射电子显微镜(transmission electron microscope ,TEM )扫描电子显微镜(scanning electron microscope ,SEM )扫描透射电镜(scanning electron microscope, STEM )分析电子显微镜(analysis electron microscope, AEM )高压电子显微镜(high voltage electron, HVEM )扫描隧道显微镜(scanning tunneling microscope ,STM )原子力显微镜(atomic force microscope ,AFM )第二章电子显微镜的基本理论1、分辨率和有效放大倍数的关系M 有=δ人眼/δ仪 2、影响分辨率的因素Λ为照明光的波长;a 为孔径角的一半,n 为透镜和样品之间介质的折射率。
其中n 。
Sina 称为数值孔径。
3、电子束的特性:电子束是由带负电荷的电子组成的一种阴极射线流,高速运动的电子也具有粒子性和波动性。
电子束的波动性和可折射性是构成电镜的理论基础。
4、电子波的波长和加速电压、分辨率的关系加速电压越高,电子波的波长越短。
电子波的波长越高,分辨率越高。
5、电子束与样品的相互作用:电子束轰击样品时,与样品物质原子及核外电子发生弹性或非弹性散射作用,产生带有样品信息的各种电子讯号。
电子束与样品的相互作用是电子在样品中运动、扩散、激发以及能量传递的复杂的物理过程。
电子束和样品相互作用后产生的各种信息:透射电子(TE )、二次电子(SE )、背散射电子(BE )、俄歇电子(AE )、 X 射线等电子信号透射电子:根据透射电子所带的样品信息转换成图像二次电子:可以反映样品表面的形貌,是扫描电镜成像的基础背散射电子:可以反映样品的表面形貌和成分的差异。
电子显微分析 电子显微分析是利用聚焦电子束与试样物质相互作用产生的各种物理信号,分析试样物质的微区形貌、晶体结构和化学组成。
包括:用透射电子显微镜TEM 进行的透射电子显微分析用扫描电子显微镜SEM 进行的扫描电子显微分析用电子探针仪EPMS 进行的X 射线显微分析电子显微分析是材料科学的重要分析方法之一,与其它的形貌、结构和化学组成分析方法相比具有以下特点:1)具有在极高放大倍率下直接观察试样的形貌、晶体结构和化学成分。
2) 为一种微区分析方法,具有很高的分辨率,成像分辨率达到0.2~0.3nm (TEM ),可直接分辨原子,能进行纳米尺度的晶体结构及化学组成分析。
一、电子光学基础磁场中运动,特别是在电场和磁场中偏转、聚焦和成像规律的一门科学。
它与几何光学有很多相似之处:(1)几何光学是利用透镜使光线聚焦成像,而电子光学则利用电、磁场使电子束聚焦成像,电、磁场起着透镜的作用。
(2)几何光学中,利用旋转对称面作为折射面,而电子光学系统中,是利用旋转对称的电、磁场产生的等位面作为折射面。
因此涉及的电子光学主要是研究电子在旋转对称电、磁场中的运动规律。
(3)电子光学可仿照几何光学把电子运动轨迹看成射线,并由此引入一系列的集合光学参数来表征电子透镜对于电子射线的聚焦成像作用。
电镜中,用静电透镜作电子枪,发射电子束;用磁透镜做会聚透镜,起成像和放大作用。
静电透镜和磁透镜统称电子透镜1. 电子在静电场中的运动电子在静电场中受到电场力的作用将产生加速度。
初速度为0的自由电子从零电位到达V 电位时,电子的运动速度v 为:(10) 2m eV v当电子的初速度不为零、运动方向与电场力方向不一致时,电场力不仅改变电子运动的能量,而且也改变电子的运动方向。
2、静电透镜与玻璃的凸透镜可以使光线聚焦成像相似,一定形状的等电位曲面簇 也可以使电子束聚焦成像。
产生这种旋转对称等三电位曲面簇的电极装置即为静电透镜。
它有二极式和三极式之分。
1、电子束照射到样品上,电子与物质作用: 使电子改变运动方向,称为散射;电子只改变运动方向,不改变能量,称为弹性散射; 既改变运动方向,又改变能量,称为非弹性散射。
2、透射电子显微镜(TEM )的磁透镜包括:长磁透镜、短磁透镜、极靴透镜长磁透镜:像的每一点都与磁力线平行,M=1,没有放大作用,焦距长;短磁透镜:a 、短磁透镜为会聚透镜;b 、透镜光焦度1/f 与(IN)2成正比;c 、焦距 f 与加速电压U (即电子速度)有关,电子速度越大,焦距越长。
3、理想成象的条件:a 、场分布严格轴对称;b 、满足傍轴条件; c 、电子初速度相等。
4、景深与焦深:景深(Df ):试样在物平面沿轴前后移动而不使分辨率下降的距离(2∆L ),即物的空间距离。
焦深(DL )象平面沿轴前后移动而不使成象分辨率降低的距离(2∆LM2),即象的空间距离,M5、电镜的象差中球差、畸变、像散称为几何像差,倍率色差和旋转色差称为色差。
球差系数Cs Cs 越小。
球差与分辨率的关系: Cs ——球差系数,α0——孔径角。
tga 0 <<1 畸变:当电子束不满足傍轴条件时,主要在中间镜和投影镜发生畸变。
像散:由于极靴加工精度的影响,使得磁场非对称,导致像在一个方向加长,另一个方向变短。
解决办法:加消像散器色差:由电子束能量宽度决定,包括倍率色差和旋转色差。
6、透射电镜成像的三个要素:分辨率(分辨能力)、衬度、放大倍数(1)分辨率(分辨能力):能分清两个点的中心距离的最小尺寸。
a 、人眼分辨能力:约b 、光学显微镜的分辨率δ——分辨率;λ——可见光波长; n sin α——透镜孔径值c 、电子显微镜的分辨率:BCs B ——常数,一般在0.43 ~ 0.65之间。
A 、TEM 分辨率的影响因素:δ=BCs ¼λ¾B ——常数,Cs ——球差系数球差、光波波长决定了TEM 的分辨率,提高电子束的加速电压,减小电子束的波长,降低球差、色差对分辨率的影响;同时影响其分辨率的因素还有:灯丝的形状:双聚光镜的第一聚光镜要求为强透镜,而第二聚光镜为弱透镜。