【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 主軸附近的電子折射程度過(guò)大。 如圖所示，物點(diǎn) P通過(guò)透鏡成像時(shí)，電子就不會(huì)聚焦在同一焦點(diǎn)上，而是形成一個(gè)散焦斑 ，即像平面在遠(yuǎn)軸電子的焦點(diǎn)和近軸電子的焦點(diǎn)之間移動(dòng)，就可以得到一個(gè)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(diǎn)的距離 2Drs時(shí)，則該透鏡不能分辨，即在像平面上得到一個(gè)點(diǎn)，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(dāng)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(guò)減小 CS 和 a來(lái)實(shí)現(xiàn)，用小孔徑成像時(shí)，可使球差明顯減小。 像散 像散是由于電磁透鏡的周向磁場(chǎng)非旋轉(zhuǎn)對(duì)稱(chēng)引起。 原 因： 透鏡磁場(chǎng)的這種非旋轉(zhuǎn)性對(duì)稱(chēng)使它在不同方向上的聚焦能力出現(xiàn)差別，物點(diǎn) P通過(guò)透鏡后不能在像平面上聚焦成一點(diǎn)，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(dǎo)致像散。 可以通過(guò)引入一強(qiáng)度和方位都可以調(diào)節(jié)的矯正磁場(chǎng)來(lái)進(jìn)行補(bǔ)償。在電鏡中，這個(gè)產(chǎn)生矯正磁場(chǎng)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(zhǎng)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(yuǎn)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(yuǎn)焦點(diǎn)和近焦點(diǎn)間移動(dòng)時(shí)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(guò)樣品時(shí)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(lái)決定。 （ 1） 已知衍射效應(yīng)對(duì)分辨率的影響 （ 1） ∵ α 很小通常 102～ 103rad 有 2）像差對(duì)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(gè)最佳孔徑半角 令 即 代入（ 1）得電磁透鏡的分辨率為 問(wèn)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(zhǎng) 景深 任何樣品都有一定厚度。 理論上，當(dāng)透鏡焦距、像距一定時(shí)，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(diǎn)都存在一定程度的失焦，從而在像平面上產(chǎn)生一個(gè)具有一定尺寸的 失焦園斑 。 如果失焦園斑尺寸不超過(guò)由 衍射效應(yīng)和像差 引起的散焦斑，那么對(duì)透鏡分辨率不會(huì)產(chǎn)生影響。 定義景深是，當(dāng)像平面固定時(shí) (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(dòng)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(gè)厚度范圍內(nèi)各個(gè)結(jié)構(gòu)細(xì)節(jié)都清晰可見(jiàn)。 像平面 最小分辨率 2r0 Df 2Mr0 α 焦長(zhǎng) 當(dāng)透鏡的焦距、物距一定時(shí)，像平面在一定的軸向距離內(nèi)移動(dòng)，也會(huì)引起失焦，產(chǎn)生失焦園斑。若失焦園斑尺寸不超過(guò)透鏡衍射和像差引起的散焦斑大小，則對(duì)透鏡的分辨率沒(méi)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(dòng)時(shí)仍能保持物像清晰的距離范圍，用 DL表示，見(jiàn)圖。 透鏡焦長(zhǎng) DL與分辨率 Dr0 、像點(diǎn)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(diǎn)給電子顯微鏡圖象的照相記錄帶來(lái)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(dāng)固體試樣很薄時(shí)（約 10nm），由于能量為幾萬(wàn)電子伏特的入射電子的自由程也是 10nm數(shù)量級(jí) ,入射電子透過(guò)試樣時(shí)只發(fā)生一次散射，或者不發(fā)生散射，而直接穿過(guò)樣品。如果試樣較后，入射電子在試樣中會(huì)經(jīng)過(guò)多次散射。 ? 樣品在電子束的轟擊下，會(huì)產(chǎn)生如圖所示的各種信號(hào) ? X射線(xiàn) 信 號(hào) 二次電子 背散射電子 吸收電子 特征 X射線(xiàn) 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(jìn)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(lái)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(diǎn)電子經(jīng)過(guò)多次散射才反射出來(lái) 。 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(lái)可達(dá)數(shù)千至數(shù)萬(wàn) ev。 非彈性背散射電子：電子在固體中經(jīng)過(guò)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(yuǎn)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(dá)數(shù)千至數(shù)萬(wàn) ev ； 3)背散射電子束來(lái)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(hào)強(qiáng)度與 Z的關(guān)系 SEI、 BEI與 Z的關(guān)系 MgO MgO SrT