現(xiàn)代材料分析測試技術(shù)材料分析測試技術(shù)-文庫吧資料
2025-02-27 10:03本頁面
【正文】 減。只要散焦斑的尺寸不大于 R0（折算到物平面上的尺寸不大于 Δr 0），像平面上將是一幅清晰的像。 ? 當(dāng)物點(diǎn)位于 O處時(shí)，電子通過透鏡在 Oˊ 處會(huì)聚。 ? 軸線上 AB兩點(diǎn)間的距離就是景深 Df。讓像平面位于 Oˊ 處，此時(shí)像平面上是一像點(diǎn)；當(dāng)物點(diǎn)沿軸線漸移到 A處時(shí)，聚焦點(diǎn)則從 Oˊ 沿軸線移到了 Aˊ 處，由于像平面固定不動(dòng)，此時(shí)位于 Oˊ 處的像平面上逐漸由像點(diǎn)變成一個(gè)散焦斑。 唯一的辦法是讓 Δr S=Δr 0，考慮到電磁透鏡中孔徑半角 α 很小 （ 102103 rad） ， 則 ? （ 113） ? 那么 Δr S=Δr 0， 即： （ 114） ? 整理得： （ 115） ? 將上式代入（ 113）， （ 116） ? 根據(jù)式（ 115）和（ 116），透射電鏡孔徑半角 α 通常是102103rad；目前最佳的電鏡分辨率只能達(dá)到 。 ? 提高孔徑半角 α 可以提高分辨率 Δr 0， 但卻大大降低了 Δr S。 樣品很薄時(shí) ， 可以忽略后者 。 EECrcC???? ?三、色差 式中： Cc為色散系數(shù) ， ΔE /E為電子束能量變化率 。同樣將 RC折算到物平面上，得到半徑為 Δr C的圓斑。 ?AA fr ???? 色差是由于成像電子（入射電子）的能量不同或變化，從而在透鏡磁場中運(yùn)動(dòng)軌跡不同以致不能聚焦在一點(diǎn)而形成的像差。 ? 將 RA折算到物平面上得到一個(gè)半徑為 Δr A的漫散圓斑，用 Δr A表示像散的大小，其計(jì)算公式為： （ 111） ? 像散是可以消除的像差，可以通過引入一個(gè)強(qiáng)度和方位可調(diào)的矯正磁場來進(jìn)行補(bǔ)償。 No Fringe Uncorrected Corrected Si (111)Σ3 grain boundary TEM Cs Corrector βSi3Ｎ4 2nm 2200FS + STEM Cs corrector 2nm STEM Cs Corrector Without Corrector (Cs: mm) DFI image 二、像散 ? 像散是由透鏡磁場的非旋轉(zhuǎn)對稱引起的像差。 ? 球差是像差影響電磁透鏡分辨率的主要因素，它還不能象光學(xué)透鏡那樣通過凸透鏡、凹透鏡的組合設(shè)計(jì)來補(bǔ)償或矯正。 ? 通常，物鏡的球差系數(shù)值相當(dāng)于它的焦距大小，約為 13mm,α 為孔徑半角。 ? 原來的物點(diǎn)是一個(gè)幾何點(diǎn)，由于球差的影響現(xiàn)在變成了半徑為 Δr S的漫散圓斑。 電磁透鏡的像差及其對分辨率的影響 一、球差 ? 球差是因?yàn)殡姶磐哥R的中心區(qū)域磁場和邊緣區(qū)域磁場對入射電子束的折射能力不同而產(chǎn)生的。 由于像差的存在 ， 使得電磁透鏡的分辨率低于理論值 。 以日本電子 JEM200F場發(fā)射透射電鏡為例 ， 其加速電壓是 200KV， 若分辨率是波長的一半 ， 那么它的分辨率應(yīng)該是 ；實(shí)際上它的點(diǎn)分辨率是≤ ， 與理論分辨率相差約 150多倍 。 21111LLf ??? ?2INUKf r?? 按式 （ 13） 最佳的光學(xué)透鏡分辨率是波長的一半 。 ? 由式（ 19）可以發(fā)現(xiàn)，改變激磁電流可以方便地改變電磁透鏡的焦距。所不同的是，光學(xué)透鏡的焦距是固定不變的，而電磁透鏡的焦距是可變的。 增加極靴后的磁線圈內(nèi)的磁場強(qiáng)度可以有效地集中在狹縫周圍幾毫米的范圍內(nèi) 。狹縫的間隙越小 ， 磁場強(qiáng)度越強(qiáng) ， 對電子的折射能力越大 。實(shí)際電磁透鏡中為了增強(qiáng)磁感應(yīng)強(qiáng)度，通常將線圈置于一個(gè)由軟磁材料（純鐵或低碳鋼）制成的具有內(nèi)環(huán)形間隙的殼子里（如圖 13）。 電子運(yùn)動(dòng)的軌跡是一個(gè)圓錐螺旋曲線 。 ? 圖 12是一個(gè)電磁線圈 。電子顯微鏡中用磁場來使電子波聚焦成像的裝置就是電磁透鏡。但是軸對稱的非均勻電場和磁場則可以讓電子束折射，從而產(chǎn)生電子束的會(huì)聚與發(fā)散，達(dá)到成像的目的。 可見光的波長在 390760nm之間 ， 從計(jì)算出的電子波波長可以看出 ， 在常用的 100200kV加速電壓下 ， 電子波的波長要比可見光小 5個(gè)數(shù)量級 。電子波的波長取決于電子運(yùn)動(dòng)的速度和質(zhì)量 ， 即 （ 14） 式中 ， h為普郎克常數(shù)： h= ； m為電子質(zhì)量； v為電子運(yùn)動(dòng)速度 ， 它和加速電壓 U之間存在如下關(guān)系： 即 （ 15） 式中 e為電子所帶電荷 ， e= 1019C。 ? 根據(jù)德布羅意 （ de Broglie） 的觀點(diǎn) ， 運(yùn)動(dòng)的電子除了具有粒子性外 ， 還具有波動(dòng)性 。
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