透射电子显微镜课件课件课件.ppt

三、色差色差是由于成像电子的能量不同或变化，从而在透镜磁场中运动轨迹不同以致不能聚焦在一点而形成的像差。最小的散焦斑RC。同样将RC折算到物平面上，得到半径为ΔrC的圆斑。色差ΔrC由下式来确定：（5-12）引起电子能量波动的原因有两个，一是电子加速电压不稳，致使入射电子能量不同；二是电子束照射试样时和试样相互作用，部分电子产生非弹性散射，致使能量变化。第31页，共67页，星期日，2025年，2月5日衍射效应的分辨率和球差造成的分辨率比较式（5-2）和（5-10），可以发现孔径半角α对衍射效应的分辨率和球差造成的分辨率的影响是相反的。提高孔径半角α可以提高分辨率Δr0，但却大大降低了ΔrS。因此电镜设计中必须兼顾两者。唯一的办法是让ΔrS=Δr0，考虑到电磁透镜中孔径半角α很小（10-2-10-3rad），则（5-13）那么ΔrS=Δr0，即：整理得：（5-14）将上式代入（5-13），（5-15）根据式（5-15）和（5-16），透射电镜孔径半角α通常是10-2-10-3rad；目前最佳的电镜分辨率只能达到0.1nm左右。第32页，共67页，星期日，2025年，2月5日景深电磁透镜饿景深是指当成像时，像平面不动（像距不变），在满足成像清晰的前提下，物平面沿轴线前后可移动的距离当物点位于O处时，电子通过透镜在Oˊ处会聚。让像平面位于Oˊ处，此时像平面上是一像点；当物点沿轴线渐移到A处时，聚焦点则从Oˊ沿轴线移到了Aˊ处，由于像平面固定不动，此时位于Oˊ处的像平面上逐渐由像点变成一个散焦斑。如果衍射效应是决定电磁透镜分辨率的控制因素，那么散焦斑半径R0折算到物平面上的尺寸只要不大于Δr0，像平面上就能成一幅清晰的像。轴线上AB两点间的距离就是景深Df。由图5-9的几何关系可推导出景深的计算公式为：（5-16）第33页，共67页，星期日，2025年，2月5日焦长焦长是指物点固定不变（物距不变），在保持成像清晰的条件下，像平面沿透镜轴线可移动的距离。当物点位于O处时，电子通过透镜在Oˊ处会聚。让像平面位于Oˊ处，此时像平面上是一像点；当像平面沿轴线前后移动时，像平面上逐渐由像点变成一个散焦斑。只要散焦斑的尺寸不大于R0（折算到物平面上的尺寸不大于Δr0），像平面上将是一幅清晰的像。此时像平面沿轴线前后可移动的距离为DL：由图5-10中几何关系得：第34页，共67页，星期日，2025年，2月5日透射电镜的结构图5-11是透射电镜的外观照片。通常透射电镜由电子光学系统、电源系统、真空系统、循环冷却系统和控制系统组成，其中电子光学系统是电镜的主要组成部分。第35页，共67页，星期日，2025年，2月5日透射电镜的结构图5-12是电子光学系统的组成部分示意图。由图可见透射电镜电子光学系统是一种积木式结构，上面是照明系统、中间是成像系统、下面是观察与记录系统。第36页，共67页，星期日，2025年，2月5日照明系统照明系统主要由电子枪和聚光镜组成。电子枪是发射电子的照明光源。聚光镜是把电子枪发射出来的电子会聚而成的交叉点进一步会聚后照射到样品上。照明系统的作用就是提供一束亮度高、照明孔径角小、平行度好、束流稳定的照明源。第37页，共67页，星期日，2025年，2月5日电子枪电子枪是透射电子显微镜的电子源。常用的是热阴极三极电子枪，它由发夹形钨丝阴极、栅极帽和阳极组成，图5-13（a）为电子枪的自偏压回路，自偏压回路可以起到限制和稳定束流的作用。图5-13（b）是电子枪结构原理图。在阴极和阳极之间的某一地点，电子束会集成一个交叉点，这就是通常所说的电子源。交叉点处电子束直径约几十个微米。第38页，共67页，星期日，2025年，2月5日灯丝第39页，共67页，星期日，2025年，2月5日聚光镜聚光镜用来会聚电子枪射出的电子束，以最小的损失照明样品，调节照明强度、孔径角和束斑大小。一般都采用双聚光镜系统，如图5-14所示。第一聚光镜是强激磁透镜，束斑缩小率为10～50倍左右，将电子枪第一交叉点束斑缩小为1～5μm；而第二聚光镜是弱激磁透镜，适焦时放大倍数为2倍左右。结果在样品平面上可获得2～10μm的照明电子束斑。第40页，共67页，星期日，2025年，2月5日从聚光镜到物镜第41页，