材料分析方法第七章透射電子顯微圖像(編輯修改稿)
2025-02-13 05:42 本頁(yè)面
【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 : ? 暗場(chǎng)像的襯度顯著地 高于 明場(chǎng)像。 ????????Ahk lAhk lAABD IIIIIIIII 0)(? 正因?yàn)檠芤r像是由衍射強(qiáng)度差別所產(chǎn)生的，所以，衍襯像是樣品內(nèi)不同部位晶體學(xué)特征的直接反映。 ? 衍射襯度的產(chǎn)生： ? 在薄晶中，各晶粒相對(duì)于入射電子束的方位不同或它們彼此屬于不同結(jié)構(gòu)的晶體，因而滿足布拉格條件的程度不同，導(dǎo)致它們產(chǎn)生的衍射強(qiáng)度不同； ? 或者晶粒內(nèi)部的缺陷可能引起晶格局部畸變，改變了布拉格衍射條件，導(dǎo)致缺陷處的衍射強(qiáng)度不同。 ? 必須指出： ? ① 只有晶體試樣形成的衍襯像才存明場(chǎng)像與暗場(chǎng)像之分。(質(zhì)厚襯度像無此劃分 ) ? ② 衍襯像不是表面形貌的直觀反映，是入射電子束與晶體試樣之間相互作用后的反映。 ? ③ 衍射襯度對(duì)試樣方位十分敏感。 ? 總之， 衍射像襯度與所研究的樣品材料自身的組織結(jié)構(gòu)、所采用的成像操作方式和成像條件有關(guān)。 衍襯理論簡(jiǎn)介 ? 衍襯理論要 處理的問題 ：通過對(duì)入射電子波在晶體樣品內(nèi)受到的散射過程作分析，計(jì)算在樣品底表面射出的透射束和衍射束的強(qiáng)度分布，這也就相當(dāng)于求出了衍襯圖像的襯度分布。 ? 衍襯理論的 應(yīng)用 ：借助衍襯理論，可以預(yù)示晶體中某一特定結(jié)構(gòu)細(xì)節(jié)的圖像襯度特征；反過來，又可以把實(shí)際觀察到的衍襯圖像與一定的結(jié)構(gòu)特征聯(lián)系起來，加以分析、詮釋和判斷。 ? 兩種衍襯理論： ? 運(yùn)動(dòng)學(xué)理論： 不考慮晶體內(nèi)透射波與衍射波之間的能量交換，即不考慮二者的動(dòng)力學(xué)相互作用。 ? 動(dòng)力學(xué)理論： 考慮晶體內(nèi)透射波與衍射波之間存在能量交換，即考慮二者的動(dòng)力學(xué)相互作用。 消光距離 ? 精確滿足布拉格衍射條件下，衍射強(qiáng)度 (或透射強(qiáng)度 ) 在晶體深度方向上的振蕩周期，稱為 消光距離 ，記作 ξ g 。 ? 這里，“消光”指的是盡管滿足衍射條件，但由于動(dòng)力學(xué)相互作用而在晶體內(nèi)一定深度處衍射波 (或透射波 )的強(qiáng)度實(shí)際為零。 ξg是衍襯理論中一個(gè)重要的參數(shù) ！ ? ξ g與入射電子波長(zhǎng)、 晶體的單胞體積和結(jié)構(gòu)因子等有關(guān)。 一、衍襯運(yùn)動(dòng)學(xué)理論 ? 運(yùn)動(dòng)學(xué)理論的兩個(gè)先決條件： ? ① 不考慮衍射束與透射束之間的交互作用； ? ② 入射電子在樣品內(nèi)只可能受到不多于一次的散射。即可以忽略樣品對(duì)入射電子的吸收和多重散射。 ? 為了滿足上述條件， 實(shí)驗(yàn)條件 必須滿足： ? ① 讓衍射晶體處于偏離布拉格條件較大的情 況，（即存在較大的偏離參量 s） ； ? ② 試樣必須足夠薄 。 兩個(gè)近似處理 ? 在滿足了上述兩個(gè)條件后，為了進(jìn)一步簡(jiǎn)化衍射強(qiáng)度的計(jì)算，引入兩個(gè) 近似處理 方法。 ? 雙束條件 ? 柱體近似 ? 雙束條件 ： ? 電子束透過薄晶體試樣時(shí)，衍射花樣中幾乎只存在透射斑點(diǎn)和一個(gè)強(qiáng)衍射斑點(diǎn)，這種衍射條件稱為雙光束衍射條件，簡(jiǎn)稱雙束條件。 ? 如何來實(shí)現(xiàn)？ ? 電子束透過薄晶體試樣成像時(shí)，除透射束外，只存在一組反射晶面位置接近布拉格條件（但不是精確符合布拉格條件，存在一個(gè)偏離矢量 s)，形成一束較強(qiáng)的衍射束，而其它衍射束卻大大偏離布拉格條件，它們的強(qiáng)度均可視為零。 ? 雙束條件的作用： ? ① 可以獲得良好的成像襯度； ? ② 能簡(jiǎn)化圖像的分析。如明、暗場(chǎng)像的襯度互補(bǔ)。 ? 設(shè)入射束、透射束和衍射束的強(qiáng)度分別為 I0、 IT、 Ig，則： ? I0≈IT+Ig 只要計(jì)算出衍射束強(qiáng)度，便可知道透射束的強(qiáng)度。 ? 柱體近似： ? 假設(shè)樣品由截面等于或略大于單胞的底面積、且貫穿樣品上下表面的柱體組成； ? 樣品下表面某點(diǎn)衍射束的強(qiáng)度近似認(rèn)為是以該點(diǎn)為中心的小柱體內(nèi)衍射束的強(qiáng)度，柱體之間的衍射束彼此不互相干擾。 這種把薄晶體下表面上每點(diǎn)的襯度和晶柱結(jié)構(gòu)對(duì)應(yīng)起來的處理方法稱為 柱體近似 。 ? 根據(jù)柱體近似： ? ① 晶柱底面上的衍射強(qiáng)度只反映一個(gè)晶柱內(nèi)晶體的結(jié)構(gòu)情況。 ? ② 可以把物點(diǎn)的坐標(biāo) (x，y)作為參變量，分別計(jì)算不同物點(diǎn)處的衍射波振幅Φg(t)，然后再在樣品平面內(nèi)將 Ig＝｜ Φg｜ 2的分布解釋成暗場(chǎng)圖像的襯度。 注：晶柱的寬度要使相鄰晶柱的衍射束不疊加。 ? 運(yùn)動(dòng)學(xué)理論就是在以上幾點(diǎn)基本假設(shè)條件下，計(jì)算電子束穿過薄晶體后衍射束和透射束的強(qiáng)度。 ? 暗場(chǎng)像的襯度就是由樣品下表面處衍射束強(qiáng)度分布所決定的。 ? 分別討論以下兩種情況下的衍射強(qiáng)度： ? 理想晶體的衍射強(qiáng)度 ? 非理想晶體的衍射強(qiáng)度 1．理想晶體的衍射強(qiáng)度及其應(yīng)用 ? 計(jì)算晶柱底部的衍射強(qiáng)度的 思路： ? 采用柱體近似， 并將晶柱分成許多平行于試樣表面、厚度為 dz的小晶片， 分別計(jì)算深度各個(gè)位置處晶片的在衍射方向 k′ 上衍射振幅 dΦg； ? 晶柱下表面的衍射波振幅 Φg等于上表面到下表面各層原子面在衍射方向 k′ 上的衍射波振幅的疊加。 ? 由晶柱下表面處的衍射波振幅 Φg，可求得衍射強(qiáng)度。 理想晶體中沒有任何缺陷，晶柱為垂直于樣品表面的直晶柱。 ? 柱體內(nèi)的衍射束通過柱體 r處 dz厚度單元散射波振幅的微分 dΦg： drriKegidriegigd???????)39。2( ???????令入射電子波振幅 Φ0=1， 考慮各層原子面衍射波振幅的相位變化 。 ? 在偏離布拉格條件時(shí)（如圖）， K’=k′ k=g+s，則 : ? 其中， gr= 整數(shù)， s//r//z，r=z，且 dr=dz，于是有 : drrsgiegigd])(2[ ???? ????dzi s zegidzrise
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