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高分辨电子显微术;左 图是薄晶带成像的情形。一束单色平行的电子波入射试样内,与试样内原子相互作用发生振幅和相位变化。当其逸出试样下表面时,成为不同于原子入射波的透射波和各级衍射波。由于试样很薄,衍射波振幅甚小透射波振幅基本上与入射波振幅相同,非弹性散射可忽略不计。衍射波与透射波振幅的相位差为π/2。 ;两波运动如图中的实线所示。如果物镜没有相差,且处于正焦状态,而且光阑有足够大,使透射波与衍射波一同时穿过光阑。相干结果产生的合成波如图(a)中的虚线所示,其振幅与入射波相同,只是相位位置稍许不同。由于振幅没有变,因而强度不变,所以没有衬度。要想产生衬度,必须引入一个附加相位,使所产生的衍射波与透射波处于相等的或者相反的相位位置,也就是说,让衍射波沿图上的x轴向右或向左移动π/2,使其处在图(b)或图(c)实线的位置。这样,透射波与衍射波相干就会导致振幅增加或减少,如图(b)、(c)中的虚线所示,从而使强度发生变化,相位衬度得到了显示。
;引入附加相位位移的最常用方法是利用物镜的球差和散焦 ;图是散焦引起相位位移示意图。在正焦情况下,在相平面上相交于一点的透射束和衍射束本应来自试样的同一点A,但由于散焦的缘故,衍射束却来自B点。由此,衍射束和透射束两者产生的附加光程差为
Δ2=±(BC-AC)
;; ;高分辨电子显微图像可以分为三种类型 ;孪 晶;Si在蓝宝石膜上外延生长的界面HREM结构像
001Si//B; 相界面完全处于非共格状态。
由于它们体弹性模量不同,TiC在析出后长大过程中,仍然在基体中引起一定程度的应变〔如简头所示的暗区)。左侧白色虚线区域为层错;Si4N4与SiC晶界的高分辨TEM像在电子束具有良好相干性条件下拍摄的晶界高分辨结构像。
箭头所指区域为孪晶.A为晶界; 1 原理概述
高分辨电子显徽术是一种基于相位衬度成像机制的成像技术。
(1)透射函数
相位相同的入射电子束受晶体势场的调制,在试样下表面各点,形成了携带结构信息的振幅和相位均不同的电子波场。在加速电压E下,运动电子的波长,由下式表示:; 如果电子束通过试样时,只发生相位变化,而认为振幅无变化、这样的试样称为弱相位体。在电压很高,加速电场很大,对非常薄的试样,就可以看成弱相位体。在这种情况下,还可假定电子束仅有沿其入射方向(Z)的运动。于是通过一个薄层dz后的电子波,由于势场作用产生一个相位移 :; 到达试样下表面时,各点P1、P2,、P3… (见图),电子波便有了不同的相位。设样品厚度t均匀,则下表面一点(x,y)处,电子波总相位移为:; 它已是一个携带了晶体结构信息的透射波。如果考虑试样对电子束振幅的吸收衰减.则(5)式的指数项中,还应引人一个衰减因子exp{-μ(x,y)},于是(5)式变成:;
电镜中的成像过程——两次富里叶变换。
物镜相当于一个“分频器”,将试样下表面处用A(x,y)表示的物面波变成后焦面处的衍射波。成高分辨像时,透射束和衍射束通过物镜光栏,发生相干,在物镜像面上“还原”为结构图像。从数学上讲,这两个阶段(A(x,y)→衍射波,衍射波→像面波)各对应着一次富里叶变换。为了了解高分辨像的成像过程,下面先对富里叶变换作个简介。
①富里叶变换(Fourier Transforms)。
富里叶变换的物理图像:它表示空间的一个波可以用由它分解而来的一系列子波来表示。分解的子波愈多,合成起来的结果就愈接近原来的空间波。分解的方式有两种:一是分解为不同波长的子波。另一种是按不同频率分解。
;A(x)可以分解为一系列频率函数G1(υ)G2(υ)G3(υ)G4(υ)---;②物镜的成像过程
具体到电镜上的成像过程,可用下图示意表示。物镜对试样下表面的物面波A(x,y)进行富里叶变换,得到后焦面上的衍射波函数(衍射谱)G(h,k),记作:;式中:; 通过设在物镜后焦面处的物镜光栏,选取包括透射束在内的若干衍射束(000视为零阶衍射束)。让它们通过光栏发生相干,进行物像重构,也就是以(9)式表示的衍射波G(h,k)为次级波源,再进行一次富里叶变换,便得到物镜像面上的像面波B(x,y),即:
;传递函数exp[i χ(g)]中,对像衬(或对成像逼真度)
有实际影响的是sinχ,它是倒空间(后焦面处)中倒
易矢长度g的函数。左图sinχ-g曲线。物镜处于最
佳欠焦状态时,CTF才能在相当宽的范围内近似为
一常数(平台),在此条件下摄取的像,才较近似于
晶体结构晶体势场的投影分布,当100kV, Cs=1.6
mm, Δf =87nm时,曲线在Sinχ≈
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