電子顯微3-透射電子顯微鏡的結(jié)構(gòu)

1、電子顯微分析透射電子顯微鏡的結(jié)構(gòu)TEM概述分辨率高放大倍數(shù)高照明源為聚焦電子束成像信號(hào)為透射電子試樣為薄膜（幾十到幾百nm）工作原理： 聚焦電子束作照明光源：電子槍產(chǎn)生的電子束，經(jīng)1-2級(jí)聚光鏡會(huì)聚后，均勻地照射試樣上的某一待觀察的微小區(qū)域上。 透射電子作為成像信號(hào)：電子束與試樣作用，試樣很薄透射電子其強(qiáng)度分布與試樣的形貌、組成、結(jié)構(gòu)對應(yīng)。 透射出的電子經(jīng)一系列透鏡放大投射到熒光屏上。 熒光屏把電子強(qiáng)度分布轉(zhuǎn)變?yōu)榭梢姽鈴?qiáng)度分布圖像 （陰極射線發(fā)光過程）工作過程概括：工作過程概括： 電子槍發(fā)出電子束電子槍發(fā)出電子束經(jīng)會(huì)聚透鏡經(jīng)會(huì)聚透鏡會(huì)聚會(huì)聚 照射并照射并穿透試樣穿透試樣 經(jīng)經(jīng)物鏡物鏡成像成像

2、中間鏡投影鏡中間鏡投影鏡放大放大 電子顯微像電子顯微像 ( (屏或底片屏或底片) )透射電鏡的結(jié)構(gòu)透射電鏡的結(jié)構(gòu)分辨本領(lǐng)高分辨本領(lǐng)高, ,且能夠作電子衍射且能夠作電子衍射TEM與光學(xué)顯微鏡的比較與光學(xué)顯微鏡的比較電鏡光鏡射線源電子束可見光介質(zhì)真空空氣透鏡磁場玻璃放大倍數(shù)幾十至幾百萬倍約1000倍放大作用改變透鏡電流或電壓變換物鏡或目鏡最佳分辨率2 2000 操作與制樣復(fù)雜簡單 電子光學(xué)成像系 真空系統(tǒng) 電氣系統(tǒng)Tecnai F20 型型TEM外觀結(jié)構(gòu)說明外觀結(jié)構(gòu)說明JEM-2010F型型TEM主體剖面圖主體剖面圖1.照明部分 發(fā)叉式鎢絲陰極三級(jí)電子槍發(fā)叉式鎢絲陰極三級(jí)電子槍(1) (1) 電子

3、槍電子槍(2) (2) 聚光鏡聚光鏡(1)(1)電子槍電子槍產(chǎn)生電子束產(chǎn)生電子束 LaB6陰極電子槍陰極電子槍 場發(fā)射電子槍場發(fā)射電子槍 用于超高壓電鏡（用于超高壓電鏡（1000kV1000kV），），亮度大，能量分散性小，有利亮度大，能量分散性小，有利于提高分辨率。于提高分辨率。 發(fā)叉式鎢絲陰極三級(jí)電子槍 相當(dāng)于陰極(發(fā)叉式熱鎢絲) 、柵極(控制極)和陽極組成的靜電透鏡陰極陰極加負(fù)高壓（加負(fù)高壓（-50200KV）陽極陽極接地（接地（0電位）電位）控制柵極控制柵極加比陰極負(fù)幾百加比陰極負(fù)幾百幾千伏的偏壓幾千伏的偏壓(其電位大小決定了陰極和陽極之間等電位面的分布其電位大小決定了陰極和陽極之間等

4、電位面的分布和形狀，從而控制陰極的電子發(fā)射電流和形狀，從而控制陰極的電子發(fā)射電流)電子槍交叉點(diǎn)：電子槍交叉點(diǎn)：由陰極發(fā)射的發(fā)散電子由陰極發(fā)射的發(fā)散電子束受到電場徑向分量的作用，會(huì)聚，通束受到電場徑向分量的作用，會(huì)聚，通過一過一最小截面最小截面，此處電子密度最高，稱，此處電子密度最高，稱交叉點(diǎn)，定義為交叉點(diǎn)，定義為電鏡的實(shí)際電子源。電鏡的實(shí)際電子源。熱陰極電子槍熱陰極電子槍物性熔點(diǎn)（）室溫電阻()密度（g/cm3）維氏硬度(Gpa)功函數(shù)(ev)發(fā)射常數(shù)(A/cmK)數(shù)值271515274.727.22.6629場發(fā)射電子槍場發(fā)射電子槍場發(fā)射電子槍新型材料場發(fā)射電子槍新型材料電子槍種類匯總電子槍

5、種類匯總 磁透鏡 中級(jí)透射電鏡單聚光鏡 高級(jí)透射電鏡雙聚光鏡(2)(2)聚光鏡聚光鏡將電子束會(huì)聚，照射在試樣上將電子束會(huì)聚，照射在試樣上第第I聚光鏡聚光鏡用短焦距強(qiáng)磁透鏡，將電子用短焦距強(qiáng)磁透鏡，將電子槍形成的交叉斑槍形成的交叉斑幾十至上百倍。幾十至上百倍。第第II聚光鏡聚光鏡用長焦距弱磁透鏡，調(diào)節(jié)孔用長焦距弱磁透鏡，調(diào)節(jié)孔徑角和亮度。其與試樣間有較大空間，徑角和亮度。其與試樣間有較大空間，以便放置試樣臺(tái)、測角臺(tái)及其他附件。以便放置試樣臺(tái)、測角臺(tái)及其他附件。陰極（接負(fù)高壓）控制極（比陰極負(fù)1001000伏）陽極電子束聚光鏡試樣圖1-11 照明部分示意圖作用：作用：擋掉發(fā)散的電子，保證電子束的相

6、干性和照擋掉發(fā)散的電子，保證電子束的相干性和照射區(qū)域。射區(qū)域。 聚光鏡光闌：聚光鏡光闌：限制照明孔徑角。限制照明孔徑角。 物鏡光闌物鏡光闌（襯度光闌）（襯度光闌）：安放于物鏡后焦面，限制物鏡孔徑安放于物鏡后焦面，限制物鏡孔徑角，增加圖象反差。另：在后焦面套取衍射束斑點(diǎn)成暗場像。角，增加圖象反差。另：在后焦面套取衍射束斑點(diǎn)成暗場像。 衍射光闌：衍射光闌：第一中間鏡也叫衍射鏡。第一中間鏡也叫衍射鏡。 選區(qū)光闌選區(qū)光闌（視場光闌）（視場光闌） ：放于物鏡像平面位置，限制樣品參放于物鏡像平面位置，限制樣品參與衍射的區(qū)域與衍射的區(qū)域( (3 3) )聚光鏡光闌聚光鏡光闌樣品臺(tái)樣品臺(tái)承載樣品（銅網(wǎng)）承載樣

7、品（銅網(wǎng)）圓圓 孔孔 方方 孔孔 3mm透射電鏡觀察的是按一定方法制備后置于電鏡銅網(wǎng)上的樣品。透射電鏡觀察的是按一定方法制備后置于電鏡銅網(wǎng)上的樣品。樣品臺(tái)是用來承載樣品（銅網(wǎng)）的。樣品臺(tái)是用來承載樣品（銅網(wǎng)）的。側(cè)插式樣品桿樣品臺(tái)可根據(jù)需要使樣品傾斜或旋轉(zhuǎn)，樣品臺(tái)還與鏡筒外的機(jī)械桿相連，可使樣品在兩個(gè)相互垂直的方向平移。 平移、旋轉(zhuǎn)、傾斜平移、旋轉(zhuǎn)、傾斜頂插式：頂插式：上、下極靴間隙較小上、下極靴間隙較小 球差小球差小 分辨本領(lǐng)高分辨本領(lǐng)高 傾斜角度達(dá)傾斜角度達(dá)20,傾斜過程中觀察點(diǎn)的像稍有位移傾斜過程中觀察點(diǎn)的像稍有位移側(cè)插式：側(cè)插式：上、下極靴間隙較大上、下極靴間隙較大 球差大球差大 分辨

8、本領(lǐng)差分辨本領(lǐng)差 傾斜角度達(dá)傾斜角度達(dá)60,傾斜過程中觀察點(diǎn)的像不位移傾斜過程中觀察點(diǎn)的像不位移特殊用途樣品臺(tái)：加熱臺(tái)、冷卻臺(tái)、拉伸臺(tái)等特殊用途樣品臺(tái)：加熱臺(tái)、冷卻臺(tái)、拉伸臺(tái)等2.成像放大系統(tǒng) 物鏡 + 12級(jí)中間鏡 + 12級(jí)投影鏡o 中級(jí)中級(jí)透射電鏡透射電鏡 （三級(jí)成像放大系統(tǒng)）（三級(jí)成像放大系統(tǒng)） 物鏡物鏡 + 1級(jí)中間境級(jí)中間境 + 1級(jí)投影鏡級(jí)投影鏡o 高級(jí)高級(jí)透射電鏡透射電鏡（多級(jí)成像放大系統(tǒng)）（多級(jí)成像放大系統(tǒng)） 物鏡物鏡 + 2級(jí)中間境級(jí)中間境 + 2級(jí)投影鏡級(jí)投影鏡 物鏡（磁透鏡） 第一級(jí)放大鏡：形成一次電子圖像及電子衍射譜 ，其分辨率對整個(gè)成像系統(tǒng)的分辨率影響最大；短焦距、

9、高放大 (100倍)、低像差的強(qiáng)磁透鏡。試樣放在物鏡的前焦面附近，可得到放大倍率高的圖象。 中間境（磁透鏡）：長焦距、可變倍數(shù)(020倍)的弱磁透鏡。 投影鏡（磁透鏡）：將中間鏡像進(jìn)一步放大，并投影到屏或底片上；短焦距、高放大倍數(shù)(100倍)的強(qiáng)磁透鏡。 成像光路成像光路（a）高放大倍數(shù)成像；（）高放大倍數(shù)成像；（b）中放大倍數(shù)成像；（）中放大倍數(shù)成像；（C）低放大倍數(shù)成像）低放大倍數(shù)成像（a）高放大率（b）衍射（c）低放大率物物鏡衍射譜一次象中間鏡二次象投影鏡 三次象（熒光屏）選區(qū)光闌類似于用散光鏡來矯正人眼的散光缺陷 消像散器消像散器是產(chǎn)生附加是產(chǎn)生附加弱磁場弱磁場的裝置，用來的裝置，用來

10、校正校正透鏡磁場的透鏡磁場的非非對稱性對稱性，從而消除像散。位置裝于物鏡下方。，從而消除像散。位置裝于物鏡下方。 機(jī)械式：機(jī)械式：安放位置可調(diào)導(dǎo)磁體，吸引部分磁場。安放位置可調(diào)導(dǎo)磁體，吸引部分磁場。 電磁式：電磁式：外圍成對安放電磁體，改變激磁強(qiáng)度和外圍成對安放電磁體，改變激磁強(qiáng)度和磁場方向，靠極間吸引和排斥作用校正磁場。磁場方向，靠極間吸引和排斥作用校正磁場。3.圖像觀察記錄部分觀察、拍攝經(jīng)成像放大的電子圖像 (1)熒光屏觀察（電子強(qiáng)度光強(qiáng)分布，可傾斜和翻起） (2)照像盒記錄（熒光屏翻起時(shí)，電子束直接照射底片使之感光） (3)望遠(yuǎn)鏡放大5-10倍，觀察更小細(xì)節(jié)和精確聚焦鏡筒內(nèi)：10-410

11、-6Torr（1mmHg）若電子槍中存在氣體，會(huì)產(chǎn)生氣體電離和放電避免熾熱陰極燈絲受到氧化而燒斷避免電子與氣體分子相碰撞而散射及污染樣品二、真空系統(tǒng)二、真空系統(tǒng)三、電氣系統(tǒng)三、電氣系統(tǒng) 電子槍高壓穩(wěn)壓電源（恒壓）電子槍高壓穩(wěn)壓電源（恒壓） 磁透鏡穩(wěn)壓穩(wěn)流電源（穩(wěn)流）磁透鏡穩(wěn)壓穩(wěn)流電源（穩(wěn)流） 電氣控制電路（常規(guī)供電）電氣控制電路（常規(guī)供電） 1. 分辨率：點(diǎn)分辨率： 0.230.25nm 線分辨率： 0.1040.14nm 2. 放大倍數(shù)：100倍80萬倍 200萬倍 （人眼可分辨最小細(xì)節(jié)0.2mm. 常配長工作距離立體顯微鏡, 將細(xì)節(jié)進(jìn)一步放大）4321SthACr 3. 加速電壓：加速電壓：指電子槍陽極對陰極的電壓，決定電子波波長指電子槍陽極對陰極的電壓，決定電子波波長 加速電壓高，電子束穿透能力強(qiáng)，可觀察厚試樣，利于分辨率加速電壓高，電子束穿透能力強(qiáng)，可觀察厚試樣，利于分辨率普通電鏡：普通電鏡：100200KV； 材料研究工作：材料研究工作：200KV200KV適宜適宜透射電鏡的主要性能指標(biāo)透射電鏡的主要性能指標(biāo)點(diǎn)分辨率： 定義：電子圖像上剛能分辨開的相鄰兩點(diǎn)在試樣上的距離。測量方法：在照片上量出兩個(gè)斑點(diǎn)中心之間的距離，除以圖像的放大倍數(shù)。 線分辨率指電子圖像中能分辨出的最小晶面間距，也稱晶格分