第3讲透射电子显微镜.pptx

第3讲透射电子显微镜;第3讲 透射电子显微镜;内容提要; ;1) 具有在极高放大倍率下直接观察试样的形貌、晶体结构和化学成分。 2) 为一种微区分析方法，具有很高的分辨率，成像分辨率达到～（TEM），可直接分辨原子，能进行纳米尺度的晶体结构及化学组成分析。 3) 各种仪器日益向多功能、综合性方向发展。;电子显微镜发展简史;60年代后，电镜开始向高电压、高分辨率发展，100~200kV的电镜逐渐普及，1960年，法国研制了第一台1MV的电镜，1970年又研制出3MV的电镜。 70年代后，电镜的点分辨率达0.23nm ，晶格（线）分辨率达0.1 nm。同时扫描电子显微镜有了较大的发展，普及程度逐渐超过了透射电镜。 近年来，出现了联合透射、扫描，并带有分析附件的分析电镜。电镜控制的计算机化和制样设备的日趋完善，使电镜成为一种既观察图象又测结构，既有显微图象又有各种谱线分析的多功能综合性分析仪器。 ;80年代后，又研制出了扫描隧道电镜和原子力显微镜等新型的显微镜。 我国自1958年试制成功第一台电镜以来，电镜的设计、制造和应用曾有相当规模的发展。主要产地有北京和上海。但因某些方面的原因，国产电镜逐渐被进口电镜取代。 ;1986年卢斯卡为此获得 诺贝尔物理学奖;电镜的分类 透射电子显微镜 （透射电镜） TEM 扫描电子显微镜 （扫描电镜） SEM 扫描透射电子显微镜（扫描透射电镜） STEM;2.1 光学显微镜的局限性;2.1 光学显微镜的局限性; 当用可见光作光源，采用组合透镜、大的孔径角、高折射率介质浸没物镜时， N. A值可提高到 。最佳情况的透镜分辨极限是 209nm(中心波长550nm)。 要进一步提高显微镜的分辨能力，就必须用更短波长的照明源。X射线波长很短，在 0.05~ 10nm 范围，但至今也无法能使之有效聚焦成像。 ; 1924年，德布罗意提出了运动着的微观粒子也具有波粒二象性的假说。这个物质波的频率和波长与能量和动量之间的关系如下：;电子波长与其加速电压平方根成反比，加速电压越高，电子波长越短。;加速电压（kV）; 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。;1.点分辨率：0.19nm 2.线分辨率：0.14nm 3.加速电压：80, 100, 120, 160,200kV 4.倾斜角：分辨率：0.20nm ;;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、分辨率和穿透样品能力，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。 目前常用的电子枪是热阴极三极电子枪，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。它能使阴极发射的电子会聚，得到一个小于100μm的电子束斑。 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。 ;物 镜 物镜是透射电镜的核心，它获得第一幅具有一定分辨本领的放大电子像。这幅像的任何缺陷都将被其他透镜进一步放大，所以透射电镜的分辨本领就取决于物镜的分辨本领。因此，要求物镜有尽可能高的分辨本领、足够高的放大倍数和尽量小的像差。磁透镜最大放大倍数为200倍，最大分辨本领为。 物镜的球面像差一般通过在物镜背焦面径向插入物镜光阑，物镜的像散通常通过采用机械消像散器、磁消像散器或静电消像散器来减小。 ;中间镜和投影镜 中间镜和投影镜的构造和物镜是一样的，但它们的焦距比较长。其作用是将物镜形成的一次像再进行放大，最后显示到荧光屏上，从而得到高放大倍数的电子像。这样的过程称为三级放大成像。 物镜和投影镜属于强透镜，其放大倍数均为100倍左右，而中间镜属于弱透镜，其放大倍数为0－20倍。三级成像的总放大倍数为： MT = MO MI MP  其中MO、MI、MP分别是物镜、中间镜和投影的放大倍数。 磁透镜可以通过改变电流来调节放大倍数。一般通过将物镜和投影镜的放大倍数MO、MP 固定，而改变中间镜放大倍数MI 来改变总放大倍数MT。应当指出，放大倍数越大，成像亮度越低。成像亮度与MT成反比。因此，要根据具体要求选用成像系统的放大倍数。 ;大小;;;二、基础理论;二、基础理论;;二、基础理论;电子光源;真空系统和供电系统;附加装置;;支持膜法