第9章 电子显微镜课件.ppt

扫描电子显微镜 早期的显微镜 History the microscope History of SEM 一、分辨率——光学显微镜的局限性 1、分辨本领（Resolving Power） 是指光学仪器所能区分的两相邻物点之间最小距离，通常用δ表示，δ越小，表示能分清物体的细节越细，分辨本领越好。 2、提高分辨本领的途径 点分辨的比较示意图 决定成象(分辨)质量的因素由以下三个因素来决定 第一，光线不可能传递所有信息，光波是决定分辨本领高低的主要因素；光波的衍射(diffraction)现象 爱里斑(Airy Slit) 爱里斑的半径R与入射光波长λ，圆孔直径d的关系为 R=1.22(fλ/d) 第二，分辨本领的高低最决于光学仪器元件的精度； 对光学显微镜来说，起主要作用的是物镜，由计算得到光学显微镜所能分辨的最小距离δ=0.61(λ/n·sinα) 第三，对光学仪器而言，任何系统的最终像将形成在某种装置上，如眼睛的视网膜，电视摄像的镜头等，这些光学“仪器”的分辨率，不仅有一定的限制，而且仅能反映可见光。 二、电子显微镜工作原理和结构简介 （一）、电子性质 1．电子的波动性 粒子的波长与其具有的质量和运动速度有关； λ=h/mv 电子波是物质波的一种。高速运动的电子所具有的动能是由电场提供的： 1/2mv2=eV 由上两式可得出电子具有的波长应为； λ=h/√2emV=12.25/√V 其中h=6.62×10-34焦耳·秒 e=1.60×10-19库仑 m=9.11×10-31千克(电子的静止质量) 在电子显微镜中，电子的加速电压很高，电子速度很大，接近光速。此时需考虑运动速度对粒子质量的影响．根据相对性原理而得到电子波的波长表达式为： λ= 12.25/√V（1+0.9788×10-6V） 加速电压与电子波长 加速电压（kV） 电子波长（A） 加速电压（kV） 电子波长（A） 25 0.076 200 0.025 50 0.054 500 0.014 75 0.043 1000 0.0087 100 0.037 3000 0.0036 2．电子与物质的相互作用 电子的微粒特性决定了它在高速运动状态下通过物质时，会与物质相互作用产生散射和吸收。 (二)电子在电磁场中的运动特征 1、电子在静电场中的运动轨迹受电场的强度和形状制约。 当具有速度v的电子沿着与电场的等电位面法线成一定角度运动时，在电子进入电场中不同场强间的界面(等电位面)的瞬间，运动方向将发生改变。电子速度与电场等电位面法线的夹角的关系由下式决定； sinθ/sinγ=V2/V1 我们把能产生凸透镜形状的等电位曲面簇的电极装置称为静电透镜。下图表示出静电透镜与光学透镜光路的比较。 2．电子在磁场中的运动轨迹受磁场的强度和形状制约。 电子在磁场中运动，将受到洛伦磁力作用。在均匀磁场中，磁力线互相干行，等磁位面是一系列垂直于磁力线的平行平面.磁场方向是固定的，电子在其中运动将作圆周运动或沿着磁场方向作螺旋运动 如果我们把非均匀磁场的等磁位曲面簇做成轴对称的凸透镜形状（具有此性质的装置即为电磁透镜），那么电子在其中运动时也将会产生偏向轴方向的折射，使它的运动轨迹呈圆锥螺旋状。 电磁透镜光路与光学透镜光路的比较及电磁透镜的工作原理如图所示。 （三）、电磁透镜的性质 1、电磁透镜的结构 电磁透镜是由电磁线圈、软磁铁壳和极靴组成的。如图 2．电磁透镜的焦距 电磁透镜的焦距可由下式表示： f∝(S+D)U/(NI)2 式中（S+D）是常数，其值与电磁透镜结构有关，U是电子能量(即加速电压)，NI是线圈的安匝数 线圈上通过电流时．电磁透镜的焦距取决于如下因素  (1)无论励磁电流的方向如何，安匝数(NI)2总使得焦距f是正值，所以电磁透镜恒为会聚透镜。 (2)透镜极靴间隙S和内孔径D愈小，焦距f愈短，则电磁透镜的放大倍率就愈大。 (3)透镜轴向磁场强度Hz∝NI，则f∝(S+D)(1/Hz2) 。所以电磁透镜的轴向Hz愈强， f愈短。只要调节励磁电流I，即可以连续改变透镜的放大倍率，操作简便。 (4)f∝U，即表明电子束的加速电压U的波动会引起焦距的变化，因此要力求加速电压十分稳定。