7. 第六章 电子与物质的交互作用.ppt

教案 第六周, 3学时 教学内容：第六章 电子与物质的交互作用 第七章 7.1 透射电镜的结构及应用 教学目标：了解电镜的发展历史，掌握电子与样品作用产生的信息, 熟悉透射电镜的结构及应用。 重点：透射电镜的结构及应用 难点：电子信息 方法：讲授、讨论 准备：多媒体 过程：后附课件 材料近代分析测试方法 引言 电镜的发展历史 1924年，德布罗意计算出电子波的波长. 1926年，布施发现轴对称非均匀磁场能使电子波聚焦. 1932～1933年间，德国的劳尔和鲁斯卡等研制成功世界上第一台电子显微镜. 1939年，德国的西门子公司生产出分辨本领优于10nm的商品电子显微镜. 光学显微镜的局限性 电子波的波长 电磁透镜 光学显微镜的局限性 一个世纪以来，人们一直用光学显微镜来揭示金属材料的显微组织，借以弄清楚组织、成分、性能的内在联系。但光学显微镜的分辨本领有限，对诸如合金中的G.P 区（几十埃）无能为力。 最小分辨距离计算公式 其中 ——最小分辨距离 ——波长 ——透镜周围的折射率 ——透镜对物点张角的一半， 称为数值孔径，用 N.A 表示 由于光的衍射，使得由物平面内的点O1 、 O2 在象平面形成B1 、 B2圆斑（Airy斑）。若O1 、 O2靠的太近，过分重叠，图象就模糊不清。 对于光学显微镜，N.A的值均小于1，油浸透镜也只有1.5-1.6，而可见光的波长有限，因此，光学显微镜的分辨本领不能再提高。 提高透镜的分辨本领：增大数值孔径是困难的和有限的，唯有寻找比可见光波长更短的光线才能解决这个问题。 电子的波长 6.1 散 射 (P69) 6.1.1 原子核对电子的弹性散射 散射因子： 6.1.2 原子核对电子的非弹性散射 6.2 高能电子与样品物质交互作用产生的电子信息 2) 空间分辨率高 3、信号收集效率高 6.2.2 背散射电子（BE） 我们这里要利用的是那些能量较高，接近于E0的背散射电子。其特点如下： 6.2.3 吸收电子(AE) 6.2.4 特征X射线及俄歇电子 前述K层电子复位释放出的能量EK – EL，还能继续产生电离，使另外一核外电子脱离原子变成二次电子。如EK – EL2 EL,它可能使L2,L3,M,N层以及导带V上的电子逸出，产生相应的电子空位，使L2层电子逸出的能量略大于KL，既要产生L2层电子空位，还有逸出功，这种能量仍然只随元素的不同而不同，具有这种特征能量值的电子称俄歇电子。如图6-6c所示。 利用俄歇电子进行元素分析的仪器称俄歇电子能谱仪（AES） 6.2.5 自由载流子形成的伴生效应 2、产生电子感生电导 6.2.6 入射电子和晶体中电子云相互作用 特征能量损失电子： 6.2.7 入射电子和晶格相互作用 低损失电子（LLE）： 6.2.8 周期脉冲电子入射的电声效应 6.2.8 透射电子（TE） 2、衍射效应： 透射电子显微镜（TEM）正是这样一种能够以原子尺度的分辨能力，同时提供物理分析和化学分析所需全部功能的仪器。特别是选区电子衍射技术的应用，使得微区形貌与微区晶体结构分析结合起来，再配以能谱或波谱进行微区成份分析，得到全面的信息。 TEM简介： 透射电子显微镜（简称透射电镜，TEM），可以以几种不同的形式出现，如： 高分辨电镜（HRTEM） 透射扫描电镜（STEM） 分析型电镜（AEM）等等。 入射电子束（照明束）也有两种主要形式： 平行束：透射电镜成像及衍射 会聚束：扫描透射电镜成像、微分析及微衍射。 TEM的主要发展方向： (1) 高电压：增加电子穿透试样的能力，可观察较厚、较具代表性的试样，现场观察辐射损伤; 减少波长散布像差; 增加分辨率等，目前已有数部 2-3 MeV 的TEM在使用中。图为200 keV TEM之外形。 (2) 高分辨率：最佳解像能力为点与点间 0.18 nm、线与线间0.14nm。美国於1983年成立国家电子显微镜中心，其中1000 keV之原子分辨电子显微镜 AREM, 其点与点间之分辨率达0. 17nm，可直接观察晶体中的原子。 (3) 多功能分析装置：如附加电子能量分析仪 (electron analyzer，EA) 可监定微区域的化学组成。 (4) 场发射电子光源: 具高亮度及契合性，电子束可小至1 nm。除适用于微区域成份分析外，更有潜力发展三度空间全像术(holography)。 7.1 透射电镜的结构及应用 7.1.1 透射电镜的结