透射电镜的工作原理和特点.ppt

高压系统 真空系统 控制系统 观察和记录系统 光学显微镜与透射电镜的比较 电磁透镜 色差 电磁透镜的景深和焦长 (1) 电子枪  电子枪是透射电镜的电子源。因为电子枪决定了像的亮度、图像稳定度和穿透样品能力，所以相应地要求其亮度、发射稳定度和加速电压都要高。最常用的加速电压为50~100kV，近来超高电压电镜的加速电压已达数千kV。 电子枪 目前常用的电子枪是热阴极三极电子枪，如图所示。它由发夹形钨丝阴极、阳极和位于阴、阳极之间且电位比阴极负数百伏的栅极组成。 这是一种静电透镜，它能使阴极发射的电子会聚，得到一个小于100μm的电子束斑。 (2) 聚光镜 聚光镜大多是磁透镜，其作用是将来自电子枪的电子束会聚到被观察的样品上，并通过它来控制照明强度、照明孔径角和束斑大小。高性能透射电镜都采用双聚光镜系统。这种系统由第一聚光镜(强激磁透镜)和第二聚光镜(弱激磁透镜)组成。 * 图为日立公司H800透射电子显微镜(镜筒) 3.3 透射电镜1.透射电镜的工作原理和特点 透射电镜：是以波长极短的电子束作为照明源，用电子透镜聚焦成像的一种具有高分辨本领、高放大倍数的电子光学仪器。四部分：电子光学系统、电源系统、 真空系统、操作控制系统 镜 筒 一般由电子枪、聚光镜、物镜、中间镜和投影镜等电子透镜、样品室和荧光屏组成透射电镜的电子光学系统。 透射电镜，通常采用热阴极电子枪来获得电子束作为照明源。 热阴极发射的电子，在阳极加速电压的作用下，高速穿过阳极孔，然后被聚光镜会聚成具有一定直径的束斑照到样品上。 具有一定能量的电子束与样品发生作用，产生反映样品微区厚度、平均原子序数、晶体结构或位向差别的多种信息。 透过样品的电子束强度，其取决于这些信息，经过物镜聚焦放大在其平面上形成一幅反映这些信息的透射电子像，经过中间镜和投影镜进一步放大，在荧光屏上得到三级放大的最终电子图像，还可将其记录在电子感光板或胶卷上。 透镜电镜和普通光学显微镜的光路是相似的，如图4-3所示。 照相底板 照相底板 像的记录 教长 较短 焦长 较大 较小 景深 ＜10 约700 物镜孔径角 106× 103× 有效放大倍数 0.2~0.3nm 200nm 分辨本领 改变线圈电流或电压 移动透镜 聚焦方法 利用荧光屏 直接用眼 像的观察 高度真空 空气和玻璃 介质 电子透镜 玻璃透镜 放大成象系统 约10nm厚的薄膜 1mm厚的载玻片 样本 电子聚光镜 玻璃聚光镜 照明控制 电子源(电子枪) 可见光(日光、电灯光) 光源 透射电镜 光学显微镜 比较部分 透射电镜的显著特点是分辨本领高。目前世界上最先进的透射电镜的分辨本领已达到0.1nm,可用来直接观察原子像。 电磁透镜的分辨本领由衍射效应和球面像差来决定。 衍射效应对分辨本领的影响： Rayleigh公式： Δr0=0.61λ/NsinαΔr0：成像物体上能分辨出来的两个物点间的最小距离，表示透镜分辨本领的大小。λ：波长; N：介质的相对折射系数α:透镜的孔径半角 只考虑衍射效应时，在照明光源和介质一定的条件下，孔径半角越大，透镜的分辨本领越高。像差对分辨本领的影响： 由于球差、像散和色差的影响，物体上的光点在像平面上均会扩展成散焦斑，个散焦斑的半径也就影响了透镜的分辨本领。 控制电子束的运动在电子光学领域中主要使用电磁透镜装置。但电磁透镜在成像时会产生像差。 像差分为几何像差和色差两类。 几何像差：由于透镜磁场几何形状上的缺陷而造成的像差。 色差：由于电子波的波长或能量发生一定幅度的改变而造成的像差。 透镜的实际分辨本领除了与衍射效应有关以外，还与透镜的像差有关。  光学透镜，已经可以采用凸透镜和凹透镜的组合等办法来矫正像差，使之对分辨本领的影响远远小于衍射效应的影响; 但电子透镜只有会聚透镜，没有发散透镜，所以至今还没有找到一种能矫正球差的办法。这样，像差对电子透镜分辨本领的限制就不容忽略了。 像差分球差、像散、色差等，其中，球差是限制电子透镜分辨本领最主要的因素。球差的大小，可以用球差散射圆斑半径Rs和纵向球差ΔZs两个参量来衡量。前者是指在傍轴电子束形成的像平面(也称高斯像平面)上的散射圆斑的半径。后者是指傍轴电子束形成的像点和远轴电子束形成的像点间的纵向偏离距离。 ΔZs 如果计算分辨本领的平面为最小截面圆所在平面，则 Δr’s=1/4 Csα3  从以上两式可以得知Δr’s或Δrs与球差系数Cs成正比，与孔径半角的立方成正比。也就是说球差系数越大，由球差决定的