材料现代微观分析技术第2章电子光学基础.ppt

§2－1 电子波与电子透镜 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 三. 电磁透镜 电 磁 透 镜 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做螺线管运动 有软铁壳的电磁透镜 有极靴的电磁透镜 §2－2 电磁透镜的像差与分辨率 1. 球差： 2. 像散 3. 色差 色差引起的散焦斑半径 二. 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 §2－3 电磁透镜的景深与焦长 二. 电磁透镜的焦长（DL） 思考题： 式中： 电磁透镜在真空中工作 N＝1 透镜孔径半角很小 α＜1° 从式中可知，α越高，△r0 越小，分辨率越高。 像差的主要来源是球差，球差的最小散焦斑半径为 从式中可知，α越小，△rs越小，分辨率越高。 考虑衍射效应对分辨率的影响要增大α； 考虑球差对分辨率的影响要减小α； 为了解决这对矛盾，要综合考虑，找出最佳α值，以得到最佳分辨率。 令： 最佳孔径半角 最佳分辨率 一. 电磁透镜的景深（Df） 景深是指样品在物平面上沿透镜主轴上下移动所允许的最大距离，即样品的允许厚度。 一般， Df＝(200～2000)d0，所以样品厚度小于2000?都能得到清晰的图像。 * * 第2章 电子光学基础 §2－1 电子波与电磁透镜 §2－2 电磁透镜的像差与分辨率 §2－3 电磁透镜的景深与焦长 一. 电子的波粒两相性 电子是具有一定质量、带有一定电荷的基本粒子。和可见光相似，运动的电子具有粒子性与波动性。 根据德布罗意的观点，每一运动着的微观粒子都有一个波与之相对应，这个波的波长与粒子运动速度、粒子质量之间存在着特定的关系。 h－普朗克常数 公式表述了电子的波动性和粒子性之间的关系。 从公式可知，波长是速度V的函数，速度越大，波长越短。 电子波的波长取决于电子运动速度 V，而电子运动速度 V 受加速电子运动的电压U所控制。 一个初速为0的电子 e U V 在加速电压U作用下获得了运动速度V 加速电压U和运动速度V之间的关系为 U加速电压（V）, λ 电子波长（? ） h普朗克常数 （J.S） e电荷的电量 （C） m0电荷静止时的质量（Kg） 公式说明：电子波长与加速电压的平方根成反比，加速电压越高，电子波长越短，分辨率越高。这就是现代电镜提高电压的原因。 使用电压≤30KV 电子运动速度接近光速，即V≈C，这时电子质量 m 随着运动速度的增加而增大，m≠m0 ，上式不再适用，引入相对论进行修正。 相对论修正系数 不同加速电压下电子波的波长（经相对论修正） 加速电压 KV 75 100 200 500 1000 电子波长 ? 0.043 0.037 0.025 0.014 0.007 电子是带负电的粒子，在电场力或者磁场力的作用下会发生偏折，用通电线圈产生磁场使电子线聚焦成像的装置叫电磁透镜。 在电子显微镜中电磁透镜用来做聚光镜、物镜、中间镜、投影镜。 e ① V 平行于磁力线，e 匀速直线运动 电子在匀强磁场中的运动 电子在匀强磁场中的运动 c) 电子在磁透镜中的运动轨迹 带铁壳和极靴的电磁透镜剖面图 O z O’ 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 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