电子显微与扫描探针相关技术3浅析.ppt

3.3 散射（质量－厚度）衬度图像分析基础 散射衬度图像是试样上各部位对电子束散射能力差异所形成的结果。 散射能力与试样的厚度（t）、原子量A（原子序数Z）、密度（ρ），以及试样对电子的散射截面σα（α为物镜光栏所限制的孔径角）有关。 参与成像的电子束强度 I 可以表示为： 式中 k：常数; σα : 散射截面; t: 厚度; A: 原子量; ρ: 密度. 图像上相邻点的反差决定了成像电子束强度差（G）可表示为： 在薄膜试样中，可简化为： 从成像电子束的强度差（G）表达式可以分析图像上的衬度与试样微观结构的关系。 1.3. 1 图像衬度与试样原子序数的关系 物质对电子的透明系数1/μ可表示为: 当试样相邻部位的厚度相同时将 代入G表达式 由该式分析，图像衬度是由试样各处对电子的透明系数不同而确定的。 透明系数由原子序数所决定，原子序数越大散射电子的能量越强，在明场中参与成像的电子越少,荧光屏上相应位置越暗?. 暗场像则相反? 相反原子序数越小，荧光屏上相应的位置就越亮。 暗场像则相反 试样上相邻部位的原子序数相差越大电子图像上的反差越大。 3.3.2 图像衬度与试样厚度的关系 当试样上相邻两部分物质种类核结构完全相同，只是电子穿越的试样厚度不同， G表达式 可简化为： 3.3.3 图像衬度与物质密度的关系 从G表达式 发现，图像衬度还与密度有关。 试样中不同的物质处于不同的结构状态，其密度一般也不相同，也会形成图像的反差，但这种反差比较弱。 原子序数（Z）、试样厚度（t）及物质密度（ρ）等因素实际上是同时存在的。应该根据试样的性质综合考虑影响因素。 散射衬度主要是试样质量和厚度的差异表征的结果，所以一般称为质量－厚度衬度。 3．4 相位衬度 用透射电子显微镜拍摄高分辨的晶体结构像和原子像，试样厚度必须小于10nm。 这时，由散射（质量—厚度）衬度所产生的图像反差很小，单个原子成像的散射衬度数值约为1%，而人的眼睛只能分辨反差大于10%的图像。 这类图像的形成就要用相位衬度原理来成像。 原理：当入射电子穿过极薄的试样后，形成的散射波和直接透射波之间产生相位差，加上透镜失焦和球差对相位差的影响，经物镜的会聚作用，在像平面上会发生干涉。 由于穿过试样各点后，电子波的相位差各异，它们在像平面上电子波发生干涉形成的合成波也各不相同，从而形成了相位衬度的图像。 图20．13 说明了相位衬度与质量—厚度衬度的区别， 在图（b）中， 电子束照射在较厚试样的P点，由于物镜光栏挡住了散射角大的部分电子波，穿过光拦孔的电子波的强度决定了像点P′的亮度。 形成质量—厚度衬度图像。 在图（a）中，电子束穿过极薄试样的原子层后，散射角大的电子波很弱，大量散射角小的散射电子波也能穿过物镜光拦孔。 穿过光拦孔的电子波中，散射电子与直接穿透的电子波之间有一个相位差，在像平面处形成相位衬度的图像P′，P′具有与试样特征相关的亮度。 进行高分辨观察时，可以用大孔径物镜光栏，也可以不用物镜光栏? 相位衬度值与失焦量和球差值有关，因此必须选择最佳失焦量等实验条件，才能得到质量好的高分辨图像 。 3．5 电子衍射 电子与晶体物质作用可以发生衍射，与x射线的衍射类似，电子衍射也遵循布拉格定律 nλ= 2dsinθ 当电子束（λ）的入射方向与面间距为d的晶面间之间的夹角（θ）满足布拉格方程， 就会在从入射束成2θ的方向上产生衍射束。 工作中一般只需考虑一级衍射，所以布拉格方程可以写成：λ= 2dsinθ。 晶体的各组不同晶面间产生的电子衍射束斑构成了规律的衍射花样。 电子衍射花样主要有以下几种类型： ① 理想的单晶体试样产生的周期规则排列的衍射斑点。 ②准晶态物质试样产生准周期规则排列的衍射斑点。 ③ 多晶体试样产生的同心环状衍射花样。 ④ 织构态的样品产生弧状的衍射花样。 ⑤ 无定型的试样产生弥散状的衍射花样。 假设试样中的两颗晶粒A．B 它们的结晶方位不同，而质量—厚度非常相近。 在实验中，用测角台倾斜试样，使B晶粒，某一组面网正好与入射电子束交成布拉格角θβ， 而其它面网都不能满足布拉格条件。 此时，B晶粒在物镜的后焦平面上产生一个强衍射斑点W(hkl) 如果忽略吸收电子的影响， 则B晶粒透射束强度IT(B)与晶面（hkl）的衍射强度I(hkl)之和 = I0 即: IT(B)+ I(hkl)= I0 假如取向不同的A晶粒的所有晶面都不满足布拉格条件, A晶粒在物