【正文】 析電鏡。而透射電鏡的放大倍數(shù)在數(shù)千倍至一百萬倍之間，有些甚至可達數(shù)百萬倍或千萬倍。盡管復雜得多，它在原理上基本模擬了光學顯微鏡的光路設計，簡單化地可將其看成放大倍率高得多的成像儀器。 1176。為了使電鏡具有最佳分辨率，最好使衍射斑半徑和球差造成的散焦斑半徑相等。 ?r0的典型值約為 ~， 高分辨條件下 ， ?r0可達約 4/14/30 sCAr ???現(xiàn)代分析測試技術 電子顯微測量 SECTION: 物理學基礎 2022/9/7 35 幾何像差 :透鏡磁場幾何形狀上的缺陷而造成的 差 :電子波的波長或能量發(fā)生一定幅度的改變而造成的 電磁透鏡像差 (球差、像散等 )和色差 2022/9/7 36 現(xiàn)代分析測試技術 電子顯微測量 SECTION: 物理學基礎 色差 色差是由于入射電子波長（或能量）不同造成的引起電子束能量變化的主要有兩個原因： 一是電子的加速電壓不穩(wěn)定； 二是電子束照射到試樣時，和試樣相互作用，一部分電子發(fā)生非彈性散射，致使電子的能量發(fā)生變化 2022/9/7 37 現(xiàn)代分析測試技術 電子顯微測量 SECTION: 物理學基礎 像散 由透鏡磁場的非旋轉對稱而引起的，這種非旋轉對稱磁場會使它在不同方向上的聚焦能力出現(xiàn)差別 ,結果使成像物點 P通過透鏡后不能在像平面上聚焦成一點，形成一個最小散焦斑 2022/9/7 38 電子波經過透鏡成像時，離開透鏡主軸較遠的電子 (遠軸電子 )比主軸附近的電子 (近軸電子 )被折射程度要大。 電磁透鏡是一種焦距 (或放大倍數(shù) )可調的會聚透鏡。 現(xiàn)代分析測試技術 電子顯微測量 SECTION: 物理學基礎 2022/9/7 30 如果我們把非均勻磁場的等磁位曲面簇做成軸對稱的凸透鏡形狀 (具有此性質的裝置即為電磁透鏡 )， 那么電子在其中運動時也將會產生偏向軸方向的折射 ， 使它的運動軌跡呈圓錐螺旋狀 。 掃描電鏡、電子探針 透鏡原理 電子在磁場中運動，將受到洛倫磁力作用。 掃描電鏡、電子探針 透射電子 形貌像、結構像 ~100 197。 掃描電鏡 背散射電子 較大 大于電子束 形貌像、成份像 50~2022 197。 俄歇電子譜儀 二次電子 ＜ 100 197。 價帶 (滿帶 ) 導帶 禁帶 熒光 入射電子 雜質能級 現(xiàn)代分析測試技術 電子顯微測量技術 各種物理信號的產生深度和廣度范圍 現(xiàn)代分析測試技術 電子顯微測量技術 各種物理信號的產生深度廣度、用途和分辨率 物理信號 產生深度 產生廣度 用 途 分辨率 儀 器 俄歇電子 ＜ 10197。 如果波長在可見光范圍， 就會發(fā)出可見熒光 ， 如果波長比可見光的長 ， 就可能發(fā)出紅外熒光 。 價帶 (滿帶 ) 導帶 禁帶 熒光 入射電子 現(xiàn)代分析測試技術 電子顯微測量技術 導帶上的電子躍回價帶時 ， 也可能先躍到雜質能級 (或者說被雜質能級捕獲 )然后再從雜質能級躍回價帶 。 如果其波長在可見光的范圍 ， 就會發(fā)出可見熒光 。 現(xiàn)代分析測試技術 電子顯微測量技術 如右圖所示 ， 入射電子束作用在試樣上 ， 使得價帶 (滿帶 )上的電子激發(fā) ， 從價帶越過禁帶進入導帶 。 現(xiàn)代分析測試技術 電子顯微測量技術 陰極發(fā)光 (熒光 ) 陰極熒光實際上是 由陰極射線 （ 電子束） 激發(fā)出來的一種波長較長的電磁波 ， 一般是指可見光 ， 有些書上把紅外光和紫外光也包括在內 。這種由 X射線激發(fā)出來的二級 X射線，叫做 熒光 X 射線 。 高能電子束轟擊試樣，會產生特征 X射線和連續(xù)X射線。 現(xiàn)代分析測試技術 電子顯微測量技術 熒光 X射線 由 X射線激發(fā)產生的次級 X射線稱為熒光 X射線 。 在 X射線譜中發(fā)現(xiàn)了某種元素的特征 X射線 ， 就可以肯定該元素的存在 。 每種元素都有自己特定的特征 X射線譜 。 每次碰撞都可能產生一定波長的 X射線 ， 由于各次碰撞的時間和能量損失不同 ， 產生的 X射線的波長也不相同 ， 加上碰撞的電子極多 ， 因此將產生各種不同波長的 X射線 —— 連續(xù) X射線 ? 連續(xù) X射線在電子探針定量分析中作為背景值應予扣除 現(xiàn)代分析測試技術 電子顯微測量技術 特征 X射線 電子束與固體物質作用會產生特征 X射線 ， 這與 X射線管產生特征 X射線的過程和原理相同 。 利用俄歇電子可以對試樣 表面成分 和 表面形貌 進行分析 。） ， 相當于 2~3個原子層 。 因此每種元素都有自己的特征俄歇能譜 。 這個過程稱為俄歇作用 ， 由此產生的自由電子稱為俄歇電子 。 概念： 特點： 用途： 現(xiàn)代分析測試技術 電子顯微測量技術 俄歇電子 (auger electron) 由俄歇作用產生的自由電子稱為俄歇電子 。 試樣厚度 越 小， 加速電壓 越 高 ， 透過試樣的電子數(shù)量就 越 多 。 概念 特點 用途 現(xiàn)代分析測試技術 電子顯微測量技術 二次電子像 吸收電子像 背散射電子形貌像 現(xiàn)代分析測試技術 電子顯微測量技術 透射電子 (Transmission electron簡稱 ) 穿透試樣的入射電子稱為透射電子 。 如果試樣足夠厚 ， 電子不能透過試樣， 那么入射電子的強度 I0與背散射電子的強度 IB、 二次電子的強度 IS和吸收電子的強度 IA之間有以下關系 I0=IB+IS+IA (1) 故吸收電子像是二次電子像 、 背散射電子像的負像 。 數(shù)量與試樣的厚度 、 密度 、 組成試樣的原子序數(shù)有關 。 在掃描電鏡中用其獲取試樣的表面 形貌像 。 概念 特點 用途 現(xiàn)代分析測試技術 電子顯微測量技術 二次電子 (Secondary electron簡稱 ) 在入射電子的撞擊下 ， 脫離原子核的束縛， 逸出試樣表面的自由電子 。 產率與試樣的表面形態(tài)和成分有關 ， 隨試樣原子序數(shù)的增大而增大 。 此時需考慮運動速度對粒子質量的影響 ． 根據(jù)相對性原理而得到電子波的波長表達式為： λ= (1+ 106U) 現(xiàn)代分析測試技術 電子顯微測量 SECTION: 物理學基礎 2022/9/7 12 現(xiàn)代分析測試技術 電子顯微測量 SECTION: 物理學基礎 現(xiàn)代分析測試技術 電子顯微測量2022/9/7 13 0 500 1000 1500 2022 2500 3000電子波長(A)電壓(kV )加速電壓 (kV) 電子波長 (A) 25 50 75 100 200 500 1000 3000 電子波長與電場電壓關系： 成反比 入射電子束 吸收電子 二次電子 背散射電子 俄歇電子 特征 X射線 透射電子 透射電子 （包含非彈性散射電子） （彈性散射電子） 樣 品 現(xiàn)代分析測試技術 電子顯微測量 電子與物質的相互作用 SECTION: 物理學基礎 2022/9/7 14 現(xiàn)代分析測試技術 電子顯微測量技術 背散射電子 (Back scattering electron簡稱 ) 被試樣反彈回來的入射電子 ， 包括彈性背散射電子和非彈性背散射電子 。 電子波 高速 運動的電子所具有的動能是由電場提供的 ： 1/2mν2=eU， λ=h/m ν 電子 具有的波長應為 ； λ=h/(2meU)=(nm) 其中 :h= 1034(J 1933年柏林大學的 Knoll和 Ruska研制出第一臺電鏡（點分辨率 50nm, 比光學顯微鏡高 4倍 )， Ruska 為此獲得了 Nobel Prize（ 1986） ? SEM 【 Scanning Electron Microscope 】 主要是利用樣品表面產生的二次電子或散射電子成像來對物質的表面結構進行研究，是探索微觀世界的有力工具 現(xiàn)代分析測試技術 電子顯微測量 SECTION: 物理學基礎 2022/9/7 11 1935： 法國的卡諾爾提出掃描電鏡的設計思想和工作原理。 ? TEM 【 Transmission Electron Microscope 】 現(xiàn)代分析測試技術 電子顯微測量 SECTION: 物理學基礎 2022/9/7 10 Philips CM12透射電鏡 1924年 de Broglie提出波粒二象性假說 1927 Davisson amp。sinα) 3. 第三，對光學儀器而言，任何系統(tǒng)的最終像將形成在某種裝置上，如眼睛的視網膜，電視攝像的鏡頭等，這些光學“儀器”的分辨率，不僅有一定的限制，而且僅能反映可見光 現(xiàn)代分析測試技術 電子顯微測量 SECTION: 物理學基礎 現(xiàn)代分析測試技術 電子顯微測量2022/9/7 8 電子顯微分析方法的種類 ? 透射電子顯微鏡 (TEM)可簡稱透射電鏡 ? 掃描電子顯微鏡 (SEM)可簡稱掃描電鏡 ? 電子探針 X射線顯微分析儀簡稱電子探針 SECTION: 物理學基礎 現(xiàn)代分析測試技術 電子顯微測量 2022/9/7 9 它們的根本不同點在于光學顯微鏡以可見光作照明束，透射電子顯微鏡則以電子為照明束。 顯微技術的相關概念 ? 放大倍數(shù) ： M=成像大小 /實物大小 SECTION: 物理學基礎 現(xiàn)代分析測試技術 電子顯微測量 2022/9/7 4 是指光學儀器所能區(qū)分的兩相鄰物點之間最小距離 ， 通常用 δ表示 ， δ越小 ， 表示能分清物體的細節(jié)越細 ， 分辨本領越好 可見光系統(tǒng)最小分辨率 δ =200nm 分辨本領 2022/9/7 5 圓孔的 Fraunhofer衍射示意圖 (a)和衍射圓斑 (b) 現(xiàn)代分析測試技術 電子顯微測量 SECTION: 物理學基礎 2022/9/7 5 光波衍射 中央亮斑被稱之為 Airy斑 R=?/(N*sin?) 2022/9/7 現(xiàn)代分析測試技術 電子顯微測量 SECTION: 物理學基礎 6 根據(jù)“瑞利”判據(jù)，當 A、 B兩點靠近到使像斑的重疊部分達到各自的一半時，則認為此兩點的距離即是透鏡的分辨本領；由此得出顯微鏡的分辨本領公式（阿貝公式）為： d=?/(N*sin?) 其中 : N*sin?是 透鏡的孔徑數(shù) (簡寫為 N*A) 常于鏡頭上標明，其最大值為 因此，上式可近似化簡為： d= ? 光學顯微鏡可見光的波長為 400~760nm。2022/9/7 1 電子顯微分析技術 2022/9/7 2 2022/9/7 3 顯微鏡由兩個會聚透鏡組成 ， 光路圖如圖所示 。 物體 AB經物鏡成放大倒立的實像 A1B1， A1B1位于目鏡的物方焦距的內側 ， 經目鏡后成放大的虛像 A2B2于明視距離處 。 光波的衍射 SECTION: 物理學基礎