第十一章 晶体薄膜衍衬成像分析2.ppt

第十一章 晶体薄膜衍衬成像分析 第一节 概述 第二节 衍射衬度成像原理 第三节 衍衬运动学理论 第一节 概述 分辨率低 只能观察样品表面的组织形貌 “质厚衬度”原理成像 分辨率高 样品内部组织结构＋晶体结构 不能利用质厚衬度原理成像 一、透射电镜成像 对于电子衍射花样的观察，先观察电子显微像(放大像)，插入选区光阑选择感兴趣的区域，调节电子透镜，就能得到只有这个区域产生的衍射花样。 观察电子显微像时，先观察衍射花样，将光阑插入物镜的背焦面，在电子衍射花样中选择感兴趣的衍射波，调节透镜就能得到电子显微像。这样，就能有效识别夹杂物和观察晶格缺陷。 二、透射电子像的衬度来源 透射电镜中的入射电子透射试样时，将与试样内部原子发生相互作用，从而改变其能量及运动方向，即透射电子束的强度和方向均发生变化。由于试样各部位的组织结构不同，因而透射到荧光屏上的各点强度是不均匀的，这种强度的不均匀分布现象就称为衬度，所获得的电子像称为透射电子衬度像。 透射电子束与衍射电子束发生相互作用会存在相位的变化，透射电子束的强度会由于样品厚度或结构不同（从而满足布拉格条件不同）而产生变化。 三、透射电子像的衬度分类 相位衬度：由合成像的透射波和衍射波之间的相位差形成的，称为相位衬度。需要在物镜的后焦面上插入大的物镜光阑，使两个以上的波合成(干涉)形成像。 高分辨电子显微像的衬度 仅适于很薄的晶体试样(≈100?) 振幅衬度：入射电子通过试样时，与试样内原子发生相互作用而发生振幅的变化，引起反差。有质厚衬度和衍射衬度两种。 质厚衬度：由于试样的质量和厚度不同，各部分与入射电子发生相互作用，产生的吸收与散射程度不同，使得透射电子束的强度分布不同，形成反差，称为质厚衬度。 衍射衬度：主要是由于晶体试样满足布拉格条件程度差异以及结构振幅不同而形成电子图像反差。 它仅属于晶体结构物质，对于非晶体试样是不存在的。 第二节 衍射衬度成像原理 衍射衬度是来源于晶体试样各部分满足布拉格反射条件不同和结构振幅的差异. 假设薄膜内有两颗晶粒A和B，它们的唯一差别在于它们的晶体学位向不同。 如果在入射电子束照射下，B晶粒的某（hkl）晶面组恰好与入射方向成精确的布拉格角，而其余晶面均与衍射条件存在较大偏差，则B晶粒的位向满足“双光束条件”。此时，B晶粒的选区衍射花样中，（hkl）晶面的衍射束最强，即hkl斑点特别亮。 假设对于足够薄的样品，入射电子受到的吸收效应可忽略，则在 “双光束条件”下，强度为I0的入射电子束在B晶粒区域内经过散射之后，将成为强度为Ihkl的衍射束和强度为（I0-Ihkl）的透射束两部分。 假设与B晶粒位向不同的A晶粒内所有晶面组均与布拉格条件存在较大偏差，则在A晶粒的选区衍射花样中将不出现任何强衍射斑点而只有中心透射斑点，或者说其所有衍射束的强度均可视为零。于是A晶粒区域的透射束强度仍近似等于入射束强度I0。 明场（BF）像 在背焦面插入物镜光阑，把晶粒的hkl衍射束挡掉，只让透射束通过光阑孔并到达像平面，则荧光屏上A晶粒较亮而B晶粒较暗。 如以A晶粒亮度IA为背景强度，则B晶粒的像衬度为： 这种让透射束通过物镜光阑而把衍射束挡掉得到图像衬度的方法，叫明场成像。所得到的像叫明场像。 暗场（DF）像 如果把光阑孔向左移，使它的位置和衍射斑hkl重合，由于透射束完全被光阑挡掉，A晶粒就显示不出亮度；而B晶粒亮度为IB≈Ihkl。 这种用衍射束形成的电子显微图象叫做暗场像。 第三节 衍衬运动学理论 衬度是指像平面上各像点强度（亮度）的差别。 衍射衬度的反差，实际上就是衍射强度的反映。因此，计算衬度实质上就是计算衍射强度。 衍衬理论所要处理的问题是通过对入射电子波在晶体样品内受到的散射过程作分析，计算在样品底表面射出的透射束和衍射束的强度分布，即计算底表面对应于各物点处电子波的振幅进而求出它们的强度，这也就相当于求出了衍衬图像的衬度分布。 动力学理论：随着电子束深入样品，透射束和衍射束之间的能量是交替变换的。 考虑透射束和衍射束之间的相互作用，能更准确地解释薄晶体中的衍衬效应，是衍射衬度定量计算的必要方法。但是这个理论数学推导繁琐，且物理模型抽象，在有限的篇幅内难以把它阐述清楚。 运动学理论：电子束进入样品时随着深度增大，在不考虑吸收的条件下，透射束不断减弱，而衍射束不断加强。 不考虑透射束与衍射束的相互作用，简单明了，物理模型直观，可定性解释大多数衍衬现象。