北航材料现代研究方法电子显微镜.ppt

电子显微镜 光学显微镜分辨本领 光学显微镜分辨本领 电子光学基础 —— 光学显微镜的局限性 两个发光点的分辨距离为： － 物镜与物体之间介质的折射率 － 半孔径角，不能大于90° － 显微镜的数值孔径 － 光线的波长 电子光学基础 —— 光学显微镜的局限性 提高显微镜分辨本领的方法： 采用高折射率介质 增大 角 利用短波长的射线 电子波动性被发现后，很快被利用来作为提高显微镜分辨率的新光源——即出现了电子显微镜。 电子的粒子性 质量：9.1095 × 10-23 克； 电量：－1.602 × 10-10 库仑； 在电子显微镜中，电子的加速电压一般在几十千伏以上，根据相对论，电子的质量随速度的增加而增大。 电子的波动性 电子光学基础 —— 静电透镜 电子通过两个不同电位的界面 电子在不同电位界面处发生折射。 电子光学基础 —— 静电透镜 聚焦静电透镜 电子光学基础 ——电磁透镜 有电流通过的长线圈中间可看作均匀磁场，这样的线圈起聚焦作用，没有放大作用。 短线圈形成不均匀磁场，具有透镜特性。 电子光学基础 ——电磁透镜 成像公式 －物距 －像距 －透镜焦距 放大倍数 放大倍数受透镜线圈的 电流控制 透射电子显微镜 透射电子显微镜的主要功能 成像： 明场像，暗场像 格子像，原子像 衍射 电子光学基础 ——电磁透镜的像差 球面像差 离光轴远的透镜边缘部分对电子束有强会聚能力，使边缘部分的电子会聚在靠近物的一方，使物体上一个点在像平面上形成一定尺寸的模糊圆斑。球差系数 与透镜的磁场强度有关，磁场强度越大，焦距越短，球差系数减小。 电子光学基础 ——电磁透镜的像差 畸变：球差引起的另外一种像缺陷叫做畸变，在电镜中观察到的畸变是投影镜的球差造成的。由于透镜的中心轴和边缘部分的磁场强度不同，焦距不同，放大倍数也就不同。 电子光学基础 ——电磁透镜的像差 色差 色差系数与透镜的磁场强度有关，磁场强度越大， 越小。 电子光学基础 ——电磁透镜的像差 像散 电子光学基础 ——电子光学系统的分辨率 电子光学基础 ——电子光学系统的分辨率 因衍射像差能够分辨两点的最短距离 电子光学基础 ——场深和焦深 场深（景深） 在 之间的任意点无论怎样聚焦，其像不会比xi小。距离 称为场深。 电子光学基础 ——场深和焦深 焦深 在 范围内移动屏幕， 点的像不会发散，但也不会变小。即在 范围内，像的清晰度是一样的， 即为焦深。 透射电子显微镜 透射电子显微镜 —— 镜筒 成像系统 物镜、中间镜和投影镜构成三级成像系统。最终像的放大倍数是这三个透镜的放大倍数的乘积，即： 透射电子显微镜 —— 镜筒 成像系统 物镜是最主要的部件。改变物镜电流的过程就是聚焦过程。 物镜后焦面处放有物镜光栏，其作用是挡住散射电子，提高电镜的分辨率和衬度。 物镜下部装消像散器，用以消除像散，提高电镜分辨率。 透射电子显微镜 —— 镜筒 成像系统 中间镜是一个弱透镜。变化中间镜电流，可获得不同的放大倍数。可更换投影镜极靴，再改变中间镜电流，以达到所需的放大倍数。 改变中间镜电流还可得到电子衍射图像。 透射电子显微镜 —— 镜筒 像的观察和记录系统 投影镜下面是观察室，内有荧光屏，在电子束的轰击下产生荧光。操作者通过镜筒上的窗口可观察到荧光屏上的电子图像。 照明系统由电子枪、聚光镜和相应的平移对中、倾斜调节装置组成，其作用是提供一束亮度高、相干性好和束流稳定的照明源。通过聚光镜的控制可以实现从平行照明到大会聚角的照明条件。为满足中心暗场成像的需要，照明电子束可在2°～3°范围内倾斜。 照明系统 — 电子枪 照明系统 一、电子枪 电子枪是透射电子显微镜的光源，要求发射的电子束亮度高、电子束斑的尺寸小，发射稳定度高。电子枪可分为热电子发射型和场发射型