穿透式电子显微镜使用及管理办法.doc

穿透式電子顯微鏡使用及管理辦法 儀器名稱：Transmission Electron Microscopy 廠牌： Hitachi(日立), Japan 型號： Hitachi 800 TEM/STEM 儀器簡介 「儀器簡介」(附件一) 使用前注意事項及操作步驟 「使用注意事項」(附件二) 「操作步驟」(附件三) 儀器管理 校外委託者請填寫「貴儀中心委託檢測單」(附件四) 「管理、服務人員職責」 (附件五) 校外委託者之「收費標準」(附件六) (附件一) 穿透式電子顯微鏡構造介紹 穿透式電子顯微鏡(Transmission Electron Microscope)的構造可分為光學系統、真空系統和高壓電源控制系統三大部分。光學系統是穿透式電子顯微鏡的主體，其構造如圖I.1，包括電子槍、電磁透鏡、像差補償器、螢幕、照相機等，各部位之功能敘述如下： 1. 電子槍(Electron Gun)：由高壓電源控制系統提供高電壓(~200 kV)，產生電子束當做光源。 2. 陽極(Anode)：吸引電子槍之熱電子形成電子束，並且接地。 3. 第一聚光透鏡(Condenser 1)：控制電子束大小(Spot Size)。 4. 第二聚光透鏡(Condenser 2)：控制輝度(Illumination)。 5. 聚束光欄(Condenser Aperture)：控制電子的角度，並除去高角度電子。 6. 物鏡(Objective Lens)：聚焦。 7. 像差補償器(Stigmator)：調整電磁透鏡之磁場，用以校正散光像差(Astigmatism)。 8. 第一中間透鏡(Intermediate Lens 1)：調整影像(Image)和繞射(Diffraction)的放大倍率。 9. 第二中間透鏡(Intermediate Lens 2)：用以切換影像或繞射。 10. 投影透鏡(Projector Lens)：控制最後之放大倍率。 11. 快門(Shutter)、螢幕(Screen)、曝光計(Exposure Meter)、相機(Camera) I.1.2 電子槍 電子槍為電子顯微鏡的光源，電子槍包括燈絲(陰極)做為電子源和加速電子之陽極，可分為熱游離電子槍 (Thermionic Electron Gun)和場發射電子槍 (Field Emission Gun)兩種，分別介紹如下： I.1.2.1 熱游離電子槍 大部分的穿透式電子顯微鏡使用此型電子槍，其構造如圖I.2。當燈絲被加熱到白熱化時即放出熱電子(Thermionic Elections)，熱電子在Wehnelt圓柱體(Wehnelt Cylinder)孔正下方附近節縮成最小斷面積，C點稱為電子束最小交迭點(Cross-over Point)。熱電子被施加於陽極的高電壓(~200 kV)加速而進入第一聚光透鏡。 對於電子槍，我們可藉由以下三個參數而加以控制：(1) 燈絲電流 (Filament Current)，(2) Wehnelt圓柱體偏壓(Wehnelt Cylinder Bias)，(3) 加速電壓(Accelerating Voltage)。 I.1.2.1a 燈絲電流的大小決定燈絲溫度的高低而影響熱電子的放射量。隨著電流增加，熱電子的放射量也愈多，熱電子流也愈大。最後，熱電子的放射量達到飽和(Saturation)，即使燈絲溫度繼續上升，熱電子的放射量亦不變。如圖I.3所示。燈絲電流的控制相當重要，因為它直接影響燈絲的壽命。 I.1.2.1b Wehnelt圓柱體偏壓 Wehnelt圓柱體偏壓控制熱電子流的大小和燈絲上可放射熱電子的面積之大小。降低偏壓可減少電子束所造成的損害，增加偏壓則可觀察較厚的試片。 I.1.2.1c 當提升工作電壓時，是從低壓的20 kV或40 kV漸漸升至200 kV (視機型而定)。加速電壓的選擇是由試片的種類和厚度決定。電壓愈高，電子的能量愈高，可穿透較厚的試片，缺點是會使得對比(Contrast)降低。常用的熱游離電子槍有兩種，燈絲分別為V字形的鎢(W)和針尖狀的六硼化鑭(LaB6)，如圖I.4所示。燈絲需加熱至高溫，電子才能獲得足夠的能量而脫離出來，如圖I.5所示。其電流密度Jc與發射溫度T及功函數f之關係如Richardson定律表示： Ac是常數與材料有關。鎢的功函數是4.6eV，LaB6是2.4eV。熱游離電子槍的缺點是電流低、電子束面積大、輝度小。 另一種熱游離式的Schottky Emmiter電子槍，鎢針表面鍍一層ZrO2。當溫度在1800K，外加電壓為4~8 kV，使得電位能障降低，電子很容易以熱能克服電位能障，此即Sch