中南大学：《电子显微分析》_第一章 电镜的结构与成象（苏玉长）

电子显微分析 2001年7月

1 电子显微分析 2001年7月

基本内容 1电镜的结构与成象 2电镜中的电子衍射及分析 )斑点花样(原理、实验方法、指数标定及应用) 2)菊池线花样(原理、指数标定、应用) 3)会聚书束花样(原理、实验方法、指数标定及应用) 3电镜显微图象解释 )复形象 2)衍衬象 3)相位象 4扫描电子显微术 5X射线显微分析和俄歇能谱分析

2 基本内容 ◼ 1 电镜的结构与成象 ◼ 2 电镜中的电子衍射及分析 1）斑点花样（原理、实验方法、指数标定及应用） 2）菊池线花样 （原理、指数标定、应用） 3）会聚书束花样 （原理、实验方法、指数标定及应用） ◼ 3 电镜显微图象解释 1）复形象 2）衍衬象 3）相位象 ◼ 4 扫描电子显微术 ◼ 5 X射线显微分析和俄歇能谱分析

第一章电镜的结构与成象 1.1光学显微镜的局限性 )一个世纪以来,人们一直用光学显微镜来揭示金属材料的显微组 织,借以弄清楚组织、成分、性能的内在联系。但光学显微镜的分 辨本领有限,对诸如合金中的G.P区(几十埃)无能为力 2)最小分辨距离计算公式 d=Q61- 其中d—1 最小分辨距离sina n 波长 透镜周围的折射率 透镜对物点张角的一半,n·sinc称为数值孔径,用N.A 表

3 第一章 电镜的结构与成象 1.1 光学显微镜的局限性 1）一个世纪以来，人们一直用光学显微镜来揭示金属材料的显微组 织，借以弄清楚组织、成分、性能的内在联系。但光学显微镜的分 辨本领有限，对诸如合金中的G.P 区（几十埃）无能为力。 2）最小分辨距离计算公式 其中 ——最小分辨距离 ——波长 ——透镜周围的折射率 ——透镜对物点张角的一半， 称为数值孔径，用 N.A 表示   sin .  =   n d   sin .  =   n d d

3)由于光的衍射,使得由物平面内的点01、02在象平面形成 B1、B2圆斑(Airy斑)。若O1、02靠的太近,过分重叠,图象 就模糊不清。 强度 Md B 图(a)点01、O2形成两个Airy斑;图(b)是强度分布

4 3) 由于光的衍射，使得由物平面内的点O1 、 O2 在象平面形成一 B1 、 B2圆斑（Airy斑）。若O1 、 O2靠的太近，过分重叠，图象 就模糊不清。 O1 O2 d L B2 B1 Md D 强度 图（a）点O1 、 O2 形成两个Airy斑；图（b）是强度分布。 （a） （b）

0.81I 图(c)两个Airy斑 图(d)两个Airy斑图(e)两个Airy斑 明显可分辨出。 刚好可分辨出。 分辨不出。 5

5 图（c）两个Airy斑 明显可分辨出。 图（d）两个Airy斑 刚好可分辨出。 图（e）两个Airy斑 分辨不出。 I 0.81I

4)对于光学显微镜,NA的值均小于1,油浸透镜也只有1.5-1.6, 而可见光的波长有限,因此,光学显微镜的分辨本领不能再次 提高。 5)提高透镜的分辨本领:增大数值孔径是困难的和有限的,唯有 寻找比可见光波长更短的光线才能解决这个问题 1.2电子的波长 比可见光波长更短的有 1)紫外线 会被物体强烈的吸收; 2)X射线 无法使其会聚 3)电子波 根据德布罗意物质波的假设,即电子具有微粒性,也具有波 动性。电子波

6 4）对于光学显微镜，N.A的值均小于1，油浸透镜也只有1.5—1.6， 而可见光的波长有限，因此，光学显微镜的分辨本领不能再次 提高。 5）提高透镜的分辨本领：增大数值孔径是困难的和有限的，唯有 寻找比可见光波长更短的光线才能解决这个问题。 1.2 电子的波长 比可见光波长更短的有： 1）紫外线 —— 会被物体强烈的吸收； 2）X 射线 —— 无法使其会聚 ； 3）电子波 根据德布罗意物质波的假设，即电子具有微粒性，也具有波 动性。电子波

h— Plank常数,6.63×10-34J.S 91×1023g 电子速度 显然,v越大,越小,电子的速度与其加速电压(E伏特)有关 E 即 2eE 而e=160×101C 则 50/E埃 即若被150伏的电压加速的电子,波长为1埃。若加速电压很高,就 应进行相对论修正。(参考教材P3表1-1)

7 h —— Plank 常数 ， m —— v ——电子速度 显然，v越大， 越小，电子的速度与其加速电压（E伏特）有关 即 而 则 埃 即若被150伏的电压加速的电子，波长为 1 埃。若加速电压很高，就 应进行相对论修正。（参考教材 P3 表1-1）

1.3电子透镜 1)电子可以凭借轴对称的非均匀电场、磁场的力,使其会聚或 发散,从而达到成象的目的。 由静电场制成的透镜——静电透镜 由磁场制成的透镜 磁透镜 2)磁透镜和静电透镜相比有如下的优点 磁透镜 静电透镜 1改变线圈中的电流强度|1需改变很高的加速电压 可很方便的控制焦距和放才可改变焦距和放大率; 大率; 2.静电透镜需数万伏电压, 2.无击穿,供给磁透镜线常会引起击穿 圈的电压为60到100:|3象差较大 3.象差小 目前,应用较多的是磁透镜,我们只是分析磁透镜是如何工作的

8 1.3 电子透镜 1）电子可以凭借轴对称的非均匀电场、磁场的力，使其会聚或 发散，从而达到成象的目的。 由静电场制成的透镜—— 静电透镜 由磁场制成的透镜 —— 磁透镜 2）磁透镜和静电透镜相比有如下的优点 目前，应用较多的是磁透镜，我们只是分析磁透镜是如何工作的。 磁透镜 静电透镜 1. 改变线圈中的电流强度 可很方便的控制焦距和放 大率； 2. 无击穿，供给磁透镜线 圈的电压为60到100伏； 3. 象差小。 1. 需改变很高的加速电压 才可改变焦距和放大率； 2. 静电透镜需数万伏电压， 常会引起击穿； 3. 象差较大

3)磁透镜结构剖面图 图12 9

9 3）磁透镜结构剖面图 图1-2

4)磁透镜使电子会聚的原理 图1-3(a)电子在磁透镜中的运动轨迹 10

10 4）磁透镜使电子会聚的原理 O O’ z 图1-3（a）电子在磁透镜中的运动轨迹 A C