【文章內(nèi)容簡介】 主軸附近的電子折射程度過大。 如圖所示，物點 P通過透鏡成像時，電子就不會聚焦在同一焦點上，而是形成一個散焦斑 ，即像平面在遠軸電子的焦點和近軸電子的焦點之間移動，就可以得到一個最小的散焦園斑。 若設(shè)最小散焦斑的半徑為 RS，透鏡的放大倍數(shù)為 M，其折算到物平面上，其大小為 顯然，物平面上兩點的距離 2Drs時，則該透鏡不能分辨，即在像平面上得到一個點，因此， Drs表示球差的大小。 像平面1 最小散焦斑2Rs 像平面2 最小分辨率 2rs CS—球差系數(shù)，通常相當于焦距， 13mm. a電磁透鏡的孔徑半角。 上式可以看出，減小球差可以通過減小 CS 和 a來實現(xiàn)，用小孔徑成像時，可使球差明顯減小。 像散 像散是由于電磁透鏡的周向磁場非旋轉(zhuǎn)對稱引起。 原 因： 透鏡磁場的這種非旋轉(zhuǎn)性對稱使它在不同方向上的聚焦能力出現(xiàn)差別，物點 P通過透鏡后不能在像平面上聚焦成一點，而是形成一散焦斑，如圖所示。 與球差的處理情況相似，若設(shè)最小散焦斑的半徑為 RA，透鏡的放大倍數(shù)為 M，其折算到物平面上，其大小為 Δ ?A——像散焦距差 透鏡制造精度差和極靴、光闌的污染都能導致像散。 可以通過引入一強度和方位都可以調(diào)節(jié)的矯正磁場來進行補償。在電鏡中，這個產(chǎn)生矯正磁場的裝置是 消像散器 。 像平面1 最小散焦斑2RA 像平面2 最小分辨率 2rA 色差 色差是由入射電子的波長或能量的非單一性造成的。 若入射電子的能量出現(xiàn)一定的差別，能量大的電子在距透鏡光心比較遠的地方聚焦，而能量低的電子在距光心近的地方聚焦，由此產(chǎn)生焦距差。像平面在遠焦點和近焦點間移動時存在一最小散焦斑 RC。如圖所示。 把散焦斑的半徑折算到原物面的半徑 Δ rC有 CC—色差系數(shù)； ?E/E電子束能量變化率，取決于加速電壓的穩(wěn)定性和電子穿過樣品時發(fā)生非彈性散射的程度 穩(wěn)定加速電壓和透鏡電流可減小色差。 色差系數(shù)和球差系數(shù)均隨透鏡激磁電流的增大而減 像平面1 最小散焦斑2Rc 像平面2 最小分辨率 2rc 電磁透鏡的分辨率 電磁透鏡的分辨率主要由衍射效應(yīng)和像差來決定。 （ 1） 已知衍射效應(yīng)對分辨率的影響 （ 1） ∵ α 很小通常 102～ 103rad 有 2）像差對分辨的影響 球差： 像散： 用消像散器 色差： 穩(wěn)定電源 電流 因此，像差決定的分辨率主要是由球差決定的。 顯然，存在一個最佳孔徑半角 令 即 代入（ 1）得電磁透鏡的分辨率為 問題： Cs = ,100KV照明源， 求其理論分辨率和最佳孔徑角 ？ 、像差和孔徑角 .3 電磁透鏡的景深和焦長 景深 任何樣品都有一定厚度。 理論上，當透鏡焦距、像距一定時，只有一層樣品平面與透鏡的理想物平面相重合，能在像平面上獲得該層平面的理想圖像。偏離理想物平面的物點都存在一定程度的失焦，從而在像平面上產(chǎn)生一個具有一定尺寸的 失焦園斑 。 如果失焦園斑尺寸不超過由 衍射效應(yīng)和像差 引起的散焦斑，那么對透鏡分辨率不會產(chǎn)生影響。 定義景深是，當像平面固定時 (像距不變 ),能維持物像清晰的范圍內(nèi) ,允許物平面 (樣品 )沿透鏡主軸移動的最大距離 Df。 它與電磁透鏡分辨率 Dr0、孔徑半角 a之間的關(guān)系 取 Δ r0=1 nm, a=102～ 103rad 則 Df = 200～ 200nm 試樣（薄膜）一般厚 200～ 300nm，上述景深范圍可保證樣品整個厚度范圍內(nèi)各個結(jié)構(gòu)細節(jié)都清晰可見。 像平面 最小分辨率 2r0 Df 2Mr0 α 焦長 當透鏡的焦距、物距一定時，像平面在一定的軸向距離內(nèi)移動，也會引起失焦，產(chǎn)生失焦園斑。若失焦園斑尺寸不超過透鏡衍射和像差引起的散焦斑大小，則對透鏡的分辨率沒有影響。 定義：固定樣品的條件下（物距不變），象平面沿透鏡主軸移動時仍能保持物像清晰的距離范圍，用 DL表示，見圖。 透鏡焦長 DL與分辨率 Dr0 、像點所張的孔徑半角 b之間的關(guān)系 若分辨率 Δ r0， 則 ∵ ∴ 取 Δ r0=1 nm, α =102rad 若 M=200， DL=8 mm 若 M=20220， DL=80 cm 電磁透鏡的這一特點給電子顯微鏡圖象的照相記錄帶來了極大的方便，只要在熒光屏上圖象聚焦清晰，在熒光屏上或下十幾厘米放置照相底片，所拍得的圖象也是清晰的。 ? 電子與樣品之間的相互作用 ? 電子與固體的相互作用 ? 當固體試樣很薄時（約 10nm），由于能量為幾萬電子伏特的入射電子的自由程也是 10nm數(shù)量級 ,入射電子透過試樣時只發(fā)生一次散射，或者不發(fā)生散射，而直接穿過樣品。如果試樣較后，入射電子在試樣中會經(jīng)過多次散射。 ? 樣品在電子束的轟擊下，會產(chǎn)生如圖所示的各種信號 ? X射線 信 號 二次電子 背散射電子 吸收電子 特征 X射線 俄歇電子 分辨率 5～ 10 50～ 200 100～ 1000 100～ 1000 5～ 10 ? 一、背散射電子 ? 背散射電子是入射電子進入試樣后，被表層固體樣品中的原子核或核外電子反彈回來的電子，它包括彈射散射和非彈性散射電子。有的電子經(jīng)一次散射就逸出表面，有點電子經(jīng)過多次散射才反射出來 。 Incident Electrons Backscattered Electrons Secondary Electrons Backscattered Electrons Secondary Electrons Energy distribution of detected electrons The behavior of electrons in the specimen Intensity E/E0 (logarithmic scale) 彈性背散射電子：一般樣品表面原子核反彈回來可達數(shù)千至數(shù)萬 ev。 非彈性背散射電子：電子在固體中經(jīng)過一系列散射后最終由原子核反彈的或由核外電子產(chǎn)生的，不僅方向改變，能量也有不同程度的損失。其能量分布范圍很寬，數(shù)十 ev至數(shù)千 ev。 特征： 1)彈性背散射電子遠比非彈性背散射電子所占的份額多 ； 2)能量高，例如彈性背散射，能量達數(shù)千至數(shù)萬 ev ； 3)背散射電子束來自樣品表面幾百 nm深度范圍 ； 4)其產(chǎn)額隨原子序數(shù)增大而增多； 5)用作形貌分析、成分分析（原子序數(shù)襯度）以及結(jié)構(gòu)分析（通道花樣）。 BE、 SE的信號強度與 Z的關(guān)系 SEI、 BEI與 Z的關(guān)系 MgO MgO SrT