第2章.电子光学基础(新)精要.ppt

课堂要点： §2－1 电子射线的特性 德布罗意波－物质波 二. 电子波的波长 电子的运动速度 电子波长的一般计算公式 电压≤30kV的波长公式 注意：当U＞30kV时 电压＞30KV时 波长的计算公式 加速电压＞30kV时电子波的波长 §2－2 电子枪 电子枪是产生电子束的装置，有两种类型 1. 热电子发射型 发夹式钨灯丝 高亮度LaB6单晶灯丝 2. 场发射型 冷阴极场发射型 热阴极场发射型 1.热电子发射电子枪 （1）阴极：发射电子。一般是由0.03-0.1毫米的钨丝作成V或Y形状。阴极带有负高压。 （2）阳极：加速从阴极发射出的电子。为了安全，一般都是阳极接地。 （3）栅极：控制、稳定电子束流大小。 阴极、阳极和栅极决定着电子发射的数目及其动能。 热电子发射型电子枪 电子枪有三个极 阴极（灯丝） 控制极（栅极） 阳极（加速极） 三极电位关系 阴极上加负高压（负几十kV~负几百kV） 栅极比阴极更负（负100V~负500V） 阳极是零电位。 LaB6单晶灯丝 电子枪的工作原理 2. 场发射型电子枪 场发射：在金属表面加一个强电场，金属表面的势垒就变浅，金属内部的电子穿过势垒从金属表面发射出来的现象。 场发射型电子枪阴极 场发射式电子枪的优、缺点 优点：电子束斑细，较钨丝阴极（大于104 nm） 缩小了３个数量级。 发光效率高，较钨丝阴极（106?A/cm2·s?）提高了３个数量级。 缺点： 要求更高的真空度。 造价昂贵，使用寿命2000h。 §2－3 电磁透镜 1. 电 磁 透 镜的结构 首先看一下 电子在匀强磁场中的运动 电子在匀强磁场中的运动 ② V 垂直于磁力线, e做匀速圆周运动 ③ V与磁力线斜交,e做圆锥螺旋线运动 有软铁壳的电磁透镜 有极靴的电磁透镜 电磁线圈与极靴 2.电磁透镜的像差 （1）球差： （2） 像散 （3）色差 色差引起的散焦斑半径 3.电磁透镜的分辨率 （1）衍射效应对分辨率的影响 点光源成像时形成的埃利斑 埃利斑的大小 把埃利斑半径R0 /M折算到物平面上 （2）像差对分辨率的影响 （3）磁透镜的分辨率 4.电磁透镜的景深与焦长 （2）电磁透镜的焦长（DL） 课堂练习： 有极靴 B（z） 没有极靴 无铁壳 z 磁感应强度分布图 电磁透镜的像差 几何像差 色差 几何像差是透镜磁场几何形状缺陷所造成的，主要有球差和像散。 色差是电子波的波长和能量发生一定变化所造成的。 透镜的远轴区和近轴区对电子的折射能力不同所造成。远轴区对电子的折射能力强，近轴区对电子的折射能力弱。一个物点散射的电子经过透镜后不是被汇聚在一个像点上，而是汇聚在一定的轴向距离上，结果一个物点在像平面上得到一个散焦圆斑。散焦圆斑的直径 2Rs。2Rs / M折算到物平面上 Δrs＝Rs / M 物镜 像平面Ⅱ P 像平面Ⅰ 最小散焦斑 2Rs 2△rs 远轴区 近轴区 式中：Cs是球差系数（定数） α 是磁透镜的孔径半角 球差引起的散焦斑半径 Δrs 表示球差的大小, α越小, Δrs越小，透镜的分辨率越高。 注意：球差是制造缺陷。 透镜磁场非旋转对称引起的（由于极靴圆孔的椭圆度，上下极靴不同轴，材料各向导磁率的差异，局部污染等）。结果使得磁透镜在相同径向距离，不同方向上的聚焦能力出现差别，结果象球差一样，一个物点散射的电子经过透镜后，在像平面上得到一个散焦圆斑。 P 物镜 像平面Ⅰ 像平面Ⅱ 最小散焦斑 2RA 2△rA 强聚焦方向 弱聚焦方向 式中：ΔfA 是焦距差 α 是磁透镜的孔径半角 ΔrA 表示像散的大小。用一个强度和方向可以调节的矫正磁场装置（消像散器）来消除像散。 像散引起的散焦斑半径 由于电子波的波长和能量发生一定的变化所造成的（加速电压不稳定，样品过厚）。结果使得一个物点散射的具有不同波长（能量）的电子进入透镜后按各自的轨迹运动，能量大（波长短）的电子在距光心远的地方聚焦；能量小（波长长）的电子在距光心近的地方聚焦，在像平面上得到一个散焦圆斑。 像平面Ⅱ 入射电子束 P 物镜 像平面Ⅰ