《材料分析方法第五章透射电镜的结构》由会员分享，可在线阅读，更多相关《材料分析方法第五章透射电镜的结构（61页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、第五章第五章 透射电镜的结构透射电镜的结构内容提要：内容提要： 引引 言言第一节第一节 电子光学基础电子光学基础第二节第二节 透射电镜的结构透射电镜的结构第三节第三节 透射电镜的主要部件透射电镜的主要部件 引引 言言电子显微分析技术？电子显微分析技术？就是应用电子显微镜和其它电子束仪器来研究微观世界中就是应用电子显微镜和其它电子束仪器来研究微观世界中的物质的组织形态、结构、组成及变化规律的学科。的物质的组织形态、结构、组成及变化规律的学科。第一节第一节 电子光学基础电子光学基础一、光学显微镜一、光学显微镜的分辨率的分辨率二、电二、电子波的波长子波的波长三三、电磁透镜、电磁透镜四、电磁透镜的像差
2、及其对分辨率的影响四、电磁透镜的像差及其对分辨率的影响五、电磁透镜的景深与焦长五、电磁透镜的景深与焦长一、光学显微镜一、光学显微镜的分辨率的分辨率1 1、光学透镜的分辨率光学透镜的分辨率衍射效应的影响衍射效应的影响分辨率（也称分辨本领）：分辨率（也称分辨本领）：指显微镜能分辨出来的样指显微镜能分辨出来的样品上（即物面上）两物点品上（即物面上）两物点间的最短距离。间的最短距离。一个理想的物点，经过透镜成像时，一个理想的物点，经过透镜成像时，由于光的衍射效应，由于光的衍射效应，在像平面上形在像平面上形成的并不是一个像点，而是一个具成的并不是一个像点，而是一个具有一定尺寸的中央亮斑和周围明暗有一定尺
3、寸的中央亮斑和周围明暗相间的圆环所构成的相间的圆环所构成的AiryAiry斑。斑。通常以通常以AiryAiry斑的第一暗环的半径斑的第一暗环的半径R R0 0来衡量来衡量AiryAiry斑的大小斑的大小：由瑞利判据，两个由瑞利判据，两个AiryAiry斑中心间距等于斑中心间距等于AiryAiry斑半径斑半径R R0 0时时 ，刚好能分辨开两个物点所成的像。刚好能分辨开两个物点所成的像。由衍射效应决定的由衍射效应决定的显微镜的分辨本领为：显微镜的分辨本领为：对于光学透镜，上式简化为：对于光学透镜，上式简化为：表表明：明： 光学显微镜的分辨光学显微镜的分辨率率主要取决于照明源的波长。主要取决于照明
4、源的波长。 半波长是光学显微镜分辨率的理论极限。半波长是光学显微镜分辨率的理论极限。可见光的最短波长是可见光的最短波长是390nm390nm，也就是说光学显微镜的最，也就是说光学显微镜的最高分辨率是高分辨率是200nm200nm（0.20.2mm）。）。2、有效放大倍数、有效放大倍数一般地，人眼的分辨本领是大约一般地，人眼的分辨本领是大约0.2mm0.2mm，光学显微光学显微镜镜的的最大分辨率大约是最大分辨率大约是0.2m0.2m，光镜的最高放大倍数一般在光镜的最高放大倍数一般在1000100015001500之间。之间。若要提高显微镜的若要提高显微镜的有效放大倍数有效放大倍数，则则需需提高显
5、微提高显微镜的分辨本领。镜的分辨本领。3、电子显微镜的出现、电子显微镜的出现提高显微镜的分辨率提高显微镜的分辨率的的关键关键：降低照明光源的波长。降低照明光源的波长。在在电磁波谱电磁波谱中：中：紫外光的波长在紫外光的波长在1313390nm390nm之间，但是大多数物质都之间，但是大多数物质都强烈地吸收短波紫外线，故可供照明使用的紫外线波强烈地吸收短波紫外线，故可供照明使用的紫外线波长只在长只在200 200 250nm250nm范围，分辨率的提高有限（仅一范围，分辨率的提高有限（仅一倍）。倍）。更短波长的是更短波长的是X X射线射线, ,但但无法折射和聚焦成像，因此无法折射和聚焦成像，因此X
6、 X射线也不能作为显微镜的照明光源。射线也不能作为显微镜的照明光源。 二、二、电子波的波长电子波的波长 根据德布罗意的观点，运动的电子具有根据德布罗意的观点，运动的电子具有波粒二象性波粒二象性。电子波的波长为：电子波的波长为：物质波的波长等于普朗克常量除以动量物质波的波长等于普朗克常量除以动量 。电子的运动速度电子的运动速度v v，取决于加速电压，取决于加速电压U U： 注：当电子运动速度很高时，电子质量须经过相对论修正。注：当电子运动速度很高时，电子质量须经过相对论修正。 不同加速电压下的电子波波长不同加速电压下的电子波波长 TEM常用的加速电压为常用的加速电压为1001000kV，对应的电
7、子波波长为，对应的电子波波长为10-2 。加速电压加速电压U/kV20406080100 电子波长电子波长/ 0.08590.06010.04870.04180.0371 加速电压加速电压U/kV1201602005001000 电子波长电子波长/ 0.03340.02850.02510.01420.0087 三、电磁透镜电磁透镜 电子束在电子束在轴对称的非均匀轴对称的非均匀电场和磁场的作用下，会产生会电场和磁场的作用下，会产生会聚或发散，聚或发散，起到透镜作用，起到透镜作用，达到成像的目的。达到成像的目的。电子透镜电子透镜：在电镜内造成的起透镜作用在电镜内造成的起透镜作用的的一定的电场或磁一
8、定的电场或磁场。场。 静电透镜静电透镜由静电场构成的透镜；由静电场构成的透镜； 电磁透镜电磁透镜由电磁线圈产生的磁场构成的透镜由电磁线圈产生的磁场构成的透镜，简称，简称磁透镜。磁透镜。在电镜中，静电透镜用来使电子枪中阴极发射出的电子会在电镜中，静电透镜用来使电子枪中阴极发射出的电子会聚成很细的电子束，而不用来成像。透射电镜中用于成像聚成很细的电子束，而不用来成像。透射电镜中用于成像的是电磁透镜。的是电磁透镜。 1、电磁透镜的聚焦原理、电磁透镜的聚焦原理运动的电子在磁场中会受到洛仑兹力的作用：运动的电子在磁场中会受到洛仑兹力的作用： 式中：式中： 电子运动的速度矢量；电子运动的速度矢量； 磁场强
9、度矢量磁场强度矢量电子在磁场中运动，当电子运动方向与磁感应强度方电子在磁场中运动，当电子运动方向与磁感应强度方向不平行时，将产生一个与运动方向垂直的力（洛仑向不平行时，将产生一个与运动方向垂直的力（洛仑兹力）使电子运动方向发生偏转。兹力）使电子运动方向发生偏转。通电的短线圈就构成了一个简单的电磁透镜。通电的短线圈就构成了一个简单的电磁透镜。电磁透镜的聚焦原理，如图。电磁透镜的聚焦原理，如图。 当入射电子沿线圈轴线运动时，电子运动方向与当入射电子沿线圈轴线运动时，电子运动方向与磁感应强度方向一致，电子不受力，以直线运动通过磁感应强度方向一致，电子不受力，以直线运动通过线圈；线圈； 当当入射入射电
10、子运动偏离轴线（即以速度电子运动偏离轴线（即以速度v v平行于线圈平行于线圈轴进入透镜磁场时，电子受磁场力的作用，将产生三轴进入透镜磁场时，电子受磁场力的作用，将产生三个运动分量：个运动分量：轴向运动（速度轴向运动（速度v vz z）、绕轴旋转（绕轴旋转（v vt t）和和指向轴的运动（指向轴的运动（v vr r），作圆锥螺旋近轴运动，最后，作圆锥螺旋近轴运动，最后会聚在轴线上的一点会聚在轴线上的一点F F。电子运动的轨迹是一个电子运动的轨迹是一个圆锥螺旋曲线圆锥螺旋曲线。 电子显微镜是用高能电子束作光源，用磁场作透镜电子显微镜是用高能电子束作光源，用磁场作透镜制造的具有高分辨率和高放大倍数的
11、电子光学显微制造的具有高分辨率和高放大倍数的电子光学显微镜。镜。2、电磁透镜的结构、电磁透镜的结构实际的电磁透镜的结构：实际的电磁透镜的结构：线圈线圈+ +内环形间隙内环形间隙的铁壳的铁壳+ +极靴极靴使磁场强度可以有效地集中在使磁场强度可以有效地集中在狭缝周围狭缝周围几毫米几毫米的范围内。的范围内。磁场强度沿简单螺旋管、包壳透镜和磁场强度沿简单螺旋管、包壳透镜和极靴透镜的轴向分布极靴透镜的轴向分布3、电磁透镜的焦距电磁透镜的焦距电磁透镜的焦距电磁透镜的焦距f f： 讨论：讨论：、改变激磁电流可以方便地改变电磁透镜的焦距；、改变激磁电流可以方便地改变电磁透镜的焦距；、电磁透镜的焦距总是正值，即
12、电磁透镜不存在凹透镜，、电磁透镜的焦距总是正值，即电磁透镜不存在凹透镜，只是凸透镜。只是凸透镜。、f与加速电压有关，加速电压不稳将使图像不清晰。与加速电压有关，加速电压不稳将使图像不清晰。 四、电磁透镜的四、电磁透镜的像差及其像差及其对分辨率的影响对分辨率的影响电磁透镜的分辨率除了受衍射效应影响外，还有像差对分电磁透镜的分辨率除了受衍射效应影响外，还有像差对分辨率的影响，辨率的影响，使得实际分辨率使得实际分辨率低于理论极限值（半波长）。低于理论极限值（半波长）。1、球差（球面像差）、球差（球面像差）产生原因：产生原因：电磁透镜近电磁透镜近轴区域磁场和远轴区域轴区域磁场和远轴区域磁场对电子束的折
13、射能磁场对电子束的折射能力不同而产生的。力不同而产生的。 用物面上的用物面上的rrS S表示球表示球差大小，计算公式为：差大小，计算公式为：Cs球差系数，通常情况下相当于透球差系数，通常情况下相当于透镜的焦距，大小的焦距，大小约为13mm。故与。故与透透镜的磁的磁场强度有关，磁度有关，磁场强度越大，度越大， 焦距越短，焦距越短，Cs减小。减小。 孔径半角孔径半角。减小。减小，可，可显著减小著减小rrs s。2、像散、像散产生原因：产生原因：由透镜磁场的非轴对称引起的像差。由透镜磁场的非轴对称引起的像差。用物面上的用物面上的rrA A表示像散的大小，其计算公式为：表示像散的大小，其计算公式为：式
14、中：式中：ffA A为像散系数，为像散系数，它是磁透镜出现椭圆度时约化到物平它是磁透镜出现椭圆度时约化到物平面的像散焦距差。面的像散焦距差。造成像散的主要造成像散的主要原因原因：极靴内孔不圆、上下极靴的轴线错：极靴内孔不圆、上下极靴的轴线错位、制作极靴的磁性材料的材质不均以及极靴孔周围的位、制作极靴的磁性材料的材质不均以及极靴孔周围的局部污染等都会引起透镜的磁场产生椭圆度。局部污染等都会引起透镜的磁场产生椭圆度。像散的像散的校正校正：引入引入一个强度和方位可调一个强度和方位可调的磁场来进行校正，电的磁场来进行校正，电镜中产生这个矫正磁场的装置叫镜中产生这个矫正磁场的装置叫消像散器消像散器。因此
15、，像散是可以消除的像差。因此，像散是可以消除的像差。3、色差、色差产生原因：产生原因：由于成像由于成像电子的能量不同或变电子的能量不同或变化，从而在透镜磁场化，从而在透镜磁场中运动轨迹不同，以中运动轨迹不同，以致不能聚焦在一点而致不能聚焦在一点而形成的像差。形成的像差。用物面上的用物面上的rrC C的表示色差的表示色差的大小的大小, ,其计算公式为：其计算公式为：式中，式中，Cc电磁透镜的色差系数，电磁透镜的色差系数，随励磁电流增加而减小；随励磁电流增加而减小；E/E成像电子束的能量变化率。成像电子束的能量变化率。 引起电子能量波动引起电子能量波动的的原因原因有两个：有两个： 电子枪加速电压和
16、励磁电流的波动，致使电子电子枪加速电压和励磁电流的波动，致使电子能量不同（也就是速度波动）；能量不同（也就是速度波动）；主要原因！主要原因！ 当当电子束透过试样电子束透过试样时时，部分电子能量损失而产，部分电子能量损失而产生非弹性散射生非弹性散射，致使电子能量变化。致使电子能量变化。色差的色差的控制控制：电镜中，对电子枪高压部分和透镜电流要求：电镜中，对电子枪高压部分和透镜电流要求很高的稳定度（很高的稳定度（21010-6-6），把色差调整到分辨本领允许的），把色差调整到分辨本领允许的范围内。范围内。4、电磁透镜的分辨率电磁透镜的分辨率像差中像散和色差可通过适当措施得到有效控制甚至基本消像差中
17、像散和色差可通过适当措施得到有效控制甚至基本消除，唯有球差控制较难。除，唯有球差控制较难。影响电镜分辨本领的主要因素是影响电镜分辨本领的主要因素是衍射效应衍射效应和和球差球差。孔径半角孔径半角对衍射效应的分辨率和球差的分辨率的影响是相对衍射效应的分辨率和球差的分辨率的影响是相反的。反的。同时考虑球差和衍射效应可得最优同时考虑球差和衍射效应可得最优孔径半角：孔径半角：最佳孔径半角：最佳孔径半角： 最小分辨距离：最小分辨距离： 最佳孔径半角最佳孔径半角0 0通常是通常是1010-2-21010-3-3radrad；对大部分透射电镜，分辨率约为对大部分透射电镜，分辨率约为2.52.53 3 ；对高分
18、辨电镜，分辨率约为对高分辨电镜，分辨率约为1.41.41.9 1.9 。五、电磁透镜的景深和焦长五、电磁透镜的景深和焦长电磁透镜的另一特点：电磁透镜的另一特点：景深大景深大、焦长长焦长长。1、景深、景深(或场深或场深)景深：指成像时，像平面不动（像距景深：指成像时，像平面不动（像距不变），在满足成像清晰的前提下，不变），在满足成像清晰的前提下，物平面沿透镜轴线前后可移动的距离。物平面沿透镜轴线前后可移动的距离。用用D Df f表示。表示。 景深大的景深大的实际意义实际意义：为观察样品的微为观察样品的微观细节提供了方便。观细节提供了方便。由图由图5-95-9的几何关系可推导出：的几何关系可推导出
19、：表明，电磁透镜孔径半角越小，景深越大。表明，电磁透镜孔径半角越小，景深越大。一般的电磁透镜，一般的电磁透镜，=10=10-2-21010-3-3radrad，D Df f = =（20020020002000）rr0 0。若。若rr0 0=1nm=1nm，则，则D Df f = 200 = 2002000nm2000nm。2、焦长、焦长 焦长：焦长：指物点固定不变（物距指物点固定不变（物距不变），在保持成像清晰的条不变），在保持成像清晰的条件下，像平面沿透镜轴线可移件下，像平面沿透镜轴线可移动的距离。用动的距离。用D DL L表示。表示。焦长长的焦长长的实际意义：实际意义：为电镜的为电镜的成
20、像操作、图像的观察和照相成像操作、图像的观察和照相带来了极大的方便。带来了极大的方便。由图由图5-105-10中几何关系得：中几何关系得：对于由多级电磁透镜组成的透射电镜来说，其终像放大倍对于由多级电磁透镜组成的透射电镜来说，其终像放大倍数等于各级透镜放大倍数之积。数等于各级透镜放大倍数之积。因此，终像的焦长就更长了，一般说来超过因此，终像的焦长就更长了，一般说来超过1020cm。第二节第二节 透射电镜的结构透射电镜的结构透射电镜是以波长极短透射电镜是以波长极短的的电子束电子束作为照明源，作为照明源，用用电磁透镜电磁透镜聚焦成像的聚焦成像的一种一种高分辨本领、高放高分辨本领、高放大倍数大倍数的
21、电子光学仪器。的电子光学仪器。透射电镜的透射电镜的三部分三部分组成：组成： 电子光学系统电子光学系统 电源与控制系统电源与控制系统 真空系统真空系统透射电镜的核心透射电镜的核心一、电子光学系统一、电子光学系统积木式的直立结构。积木式的直立结构。电子光学系统分为三电子光学系统分为三部分：部分： 照明系统照明系统 成像系统成像系统 观察记录系统观察记录系统成像系统成像系统是电子光学是电子光学部分最核心的部分。部分最核心的部分。透射电镜的透射电镜的工作过程：工作过程：电子从透射电镜最上面的电子枪电子从透射电镜最上面的电子枪发射出来。发射出来。发射发射出的电子在加速管内被加速，通过照明系出的电子在加速
22、管内被加速，通过照明系统的电子透镜照射到试样上。统的电子透镜照射到试样上。透过试样的电子被成像系统的电子透镜放大、透过试样的电子被成像系统的电子透镜放大、成像。成像。从观察室的窗口可以观察像，也可将观察到的从观察室的窗口可以观察像，也可将观察到的像用照片或其他形式记录下来。像用照片或其他形式记录下来。 1、照明系统照明系统作用：作用：提供一束亮度高、照明孔径角小、平行度好、提供一束亮度高、照明孔径角小、平行度好、束流稳定的照明源。束流稳定的照明源。组成：组成：主要由电子枪和聚光镜组成，以及高压发生器主要由电子枪和聚光镜组成，以及高压发生器和加速管、电子束偏转和加速管、电子束偏转系统。系统。(
23、(1 1) )、电子枪、电子枪电子枪是产生稳定的电子束流的装置，它位于电电子枪是产生稳定的电子束流的装置，它位于电镜的最上部。镜的最上部。 按产生电子束发射原理的不同，电子枪可分为热按产生电子束发射原理的不同，电子枪可分为热发射型和场发射型两类。发射型和场发射型两类。钨丝阴极热发射电子枪的组成：钨丝阴极热发射电子枪的组成： 发夹形钨丝阴极发夹形钨丝阴极 栅极栅极( (又称控制极又称控制极) ) 阳极阳极在控制极和阳极之间的某一位置，在控制极和阳极之间的某一位置，电子束会聚成一个小的斑点，称电子束会聚成一个小的斑点，称为为电子枪交叉点电子枪交叉点，也就是通常所，也就是通常所说的电子束的说的电子束
24、的“有效光源有效光源”，所，所说的光斑大小说的光斑大小(d(d0 0) )就是指这个最就是指这个最小交叉截面的大小，约为小交叉截面的大小，约为5050m m。 钨灯丝钨灯丝三极电子枪采用三极电子枪采用自偏压回路自偏压回路( (如如图图) )确保电子确保电子束流束流的稳定的稳定。高压发生器和加速管的作用：高压发生器和加速管的作用：将电子源产生的电子加速。将电子源产生的电子加速。(2)、聚光镜、聚光镜作用：作用：会聚经会聚经加速管加速的电加速管加速的电子子束束，以最小的损失照射，以最小的损失照射样品；样品；调节照明强度、孔径角调节照明强度、孔径角和束斑大小。和束斑大小。一般都采用一般都采用双聚光镜
25、系统双聚光镜系统，结果在样品上可获得结果在样品上可获得2 210m10m的照明电子束斑。的照明电子束斑。 第一聚光镜第一聚光镜 强磁透镜，强磁透镜，f很短；很短；M为为调节照射到样品上的束调节照射到样品上的束斑的大小（改变第一聚斑的大小（改变第一聚光镜的焦距来控制）光镜的焦距来控制）第二聚光镜第二聚光镜 弱磁透镜，弱磁透镜，f很长；很长；M2进一步改变样品上的照进一步改变样品上的照明面积和照明孔径角；明面积和照明孔径角；为样品室提供足够的空为样品室提供足够的空间。间。为限制照明孔径角，还常在第二聚光镜下面径向为限制照明孔径角，还常在第二聚光镜下面径向插入插入聚光镜光阑聚光镜光阑。为使照明束斑更
26、圆，还在第二聚光镜处装有为使照明束斑更圆，还在第二聚光镜处装有消像消像散器散器以消除聚光镜的像散。以消除聚光镜的像散。第二聚光镜之下装有第二聚光镜之下装有电子束偏转系统电子束偏转系统。 用于合轴用于合轴调整、电子束倾斜调整、电子束倾斜(明、暗场成像的需要明、暗场成像的需要)、电子束、电子束移动等。移动等。2、成像系统成像系统组成：组成： 三组电磁透镜三组电磁透镜 ( (物镜、中间镜和投影镜物镜、中间镜和投影镜) ) 两个金属光阑两个金属光阑 ( (物镜光阑和选区光阑）物镜光阑和选区光阑） 消像散器消像散器形成三级放大像，放大倍数：形成三级放大像，放大倍数：M=MoMiMp( (1 1) )、物
27、镜、物镜物镜：用来形成第一幅高分辨率电子显微图像或物镜：用来形成第一幅高分辨率电子显微图像或电子衍射花样的透镜。电子衍射花样的透镜。透射电镜分辨本领的高低主要取决于透射电镜分辨本领的高低主要取决于物镜物镜。物镜通常是一个物镜通常是一个强磁短焦距强磁短焦距的透镜，它的放大倍的透镜，它的放大倍数较高，一般为数较高，一般为100100200200倍。倍。物镜中关键部件是物镜中关键部件是物镜物镜极极靴靴。为为减小各种像差，对物镜减小各种像差，对物镜极靴材料、形状和加工精极靴材料、形状和加工精度的要求十分严格。度的要求十分严格。为了减少物镜的球差，往往在物镜的后焦面上安放为了减少物镜的球差，往往在物镜的
28、后焦面上安放一个一个物镜光阑物镜光阑。为了减少物镜的像散，还在物镜内装有为了减少物镜的像散，还在物镜内装有消像散器消像散器。物镜的成像原理物镜的成像原理第一第一个过程：平行个过程：平行电子束受电子束受到周期结构试样散射作用后，到周期结构试样散射作用后，除透射束外，还形成各级衍除透射束外，还形成各级衍射束，经物镜聚焦会聚在其射束，经物镜聚焦会聚在其后焦面上，以衍射花样形式后焦面上，以衍射花样形式将试样结构信息显示出来，将试样结构信息显示出来，即在其即在其背焦面形成衍射背焦面形成衍射谱谱。阿贝成像原理阿贝成像原理：物镜是衍射成像透镜，成像分为两个过程：物镜是衍射成像透镜，成像分为两个过程：第二个过
29、程：背焦面上的衍射斑发出的球面次级波通过干第二个过程：背焦面上的衍射斑发出的球面次级波通过干涉重新在涉重新在像面上形成反映样品特征的像像面上形成反映样品特征的像。 (2)、中间镜、中间镜有有两个两个作用作用： 调节调节电镜的总放大倍数电镜的总放大倍数。 中间镜是中间镜是倍率可变的弱倍率可变的弱透镜，透镜，M M可在可在0 02020倍范围倍范围调节。当调节。当M Mi i11时，用来进一步放大物镜的像；当时，用来进一步放大物镜的像；当M Mi i11时，用来缩小物镜的像。时，用来缩小物镜的像。 进行进行成像操作成像操作和和衍射操作。衍射操作。使得在荧光屏上得使得在荧光屏上得到形貌像或衍射花样。
30、到形貌像或衍射花样。改变中间镜的励磁电流，如改变中间镜的励磁电流，如果把中间镜的物平面和物镜果把中间镜的物平面和物镜的像平面重合，则在荧光的像平面重合，则在荧光屏屏上上得到得到微区组织的形貌像，微区组织的形貌像，这就是电镜中的这就是电镜中的成像操作成像操作，如图如图(a)(a)。如果把中间镜的物平面和物如果把中间镜的物平面和物镜的后焦面重合，则在荧光镜的后焦面重合，则在荧光屏上得到屏上得到所选区域的所选区域的电子衍电子衍射花样，这就是电镜中的射花样，这就是电镜中的衍衍射操作射操作，如图，如图(b)(b)。 (3)、投影镜、投影镜作用：作用：把经中间镜形成的像（电子衍射花样）进把经中间镜形成的像
31、（电子衍射花样）进一步放大，并投影到荧光屏上，形成终像。一步放大，并投影到荧光屏上，形成终像。它和物镜一样，是一个强磁短焦距透镜，具有高放大倍数，它和物镜一样，是一个强磁短焦距透镜，具有高放大倍数，可放大可放大100100倍左右。倍左右。成像电子束进入投影镜时孔径角很小（约成像电子束进入投影镜时孔径角很小（约1010-3-3radrad）, ,因此它的景深和焦距都非常大。因此它的景深和焦距都非常大。3、观察与记录系统观察与记录系统 在投影镜之下是像的观察和记录系统。在投影镜之下是像的观察和记录系统。透过观察窗可在荧光屏上看像和聚焦。透过观察窗可在荧光屏上看像和聚焦。像的记录可采用多种方法，如照
32、相机构、电视摄像的记录可采用多种方法，如照相机构、电视摄像机、慢扫描像机、慢扫描CCDCCD照相机等。照相机等。在荧光屏下面放置一个可以自动换片的照相暗盒。在荧光屏下面放置一个可以自动换片的照相暗盒。照相时只要把荧光屏竖起，电子束即可使照相底照相时只要把荧光屏竖起，电子束即可使照相底片曝光。片曝光。第三节第三节 透射电镜的透射电镜的主要部件主要部件一、样品台一、样品台透射电镜的样品是放置在透射电镜的样品是放置在物镜的上、下极靴之间。物镜的上、下极靴之间。由于这里的空间很小，所由于这里的空间很小，所以透射电镜的样品也很小，以透射电镜的样品也很小，通常是直径通常是直径2 23mm3mm、厚度厚度约
33、为约为200200纳米的薄片。纳米的薄片。样品台的作用：样品台的作用： 承载样品承载样品； 使样品能作平移、倾斜（调节试样的晶体使样品能作平移、倾斜（调节试样的晶体学方向）、旋转，以选择感兴趣的样品区域或学方向）、旋转，以选择感兴趣的样品区域或位向进行观察和分析。位向进行观察和分析。侧插式双倾侧插式双倾样品台样品台:晶体结构分析中用得晶体结构分析中用得最普遍最普遍! !包括测角试样台和样包括测角试样台和样品杆两部分。品杆两部分。“侧插侧插”:就是样品杆从就是样品杆从极靴的侧面进入物镜极靴的侧面进入物镜中。中。样品夹在顶端的杯状空间内；样品夹在顶端的杯状空间内；从真空腔外部通过样品杆来操作样品。
34、从真空腔外部通过样品杆来操作样品。侧插双轴倾斜试样架示意图侧插双轴倾斜试样架示意图对试样的操作是通过试样室外边的试样移动机械装置来完对试样的操作是通过试样室外边的试样移动机械装置来完成的。成的。 二、消像散器二、消像散器消像散器一般都安装在透镜的上、下极靴之间。消像散器一般都安装在透镜的上、下极靴之间。作用作用：把物镜的固有把物镜的固有的椭圆形磁场校正成接近轴对称的圆的椭圆形磁场校正成接近轴对称的圆形磁场。形磁场。通过调整消像散器磁场的方向与大小，就可以把固有的椭通过调整消像散器磁场的方向与大小，就可以把固有的椭圆形磁场校正成旋转对称磁场，起到消除像散的作用。圆形磁场校正成旋转对称磁场，起到消
35、除像散的作用。 三三、光、光 阑阑作用作用：主要是挡掉发散的电子，保证电子束的相干性和照主要是挡掉发散的电子，保证电子束的相干性和照射区域。射区域。材料：材料：都都用无磁性的金属（铂、钼等）用无磁性的金属（铂、钼等）制造。制造。可动光阑的结构：可动光阑的结构：四四个个一一组组的的光光阑阑片片被被安安装装在光阑支架上（如图）；在光阑支架上（如图）；使使用用时时，按按需需要要分分档档推推入入镜镜筒筒，使使光光阑阑孔孔中中心心位位于于电电子子束束的的轴轴线线上上，以以便便选选择不同孔径的光阑。择不同孔径的光阑。1、第二聚光镜光阑、第二聚光镜光阑位位置置：在在双双聚聚光光镜镜系系统统中中，安安装装在在
36、第第二二聚聚光光镜镜的的后后焦焦面上。面上。作作用用：限限制制电电子子束束的的照照明明孔径角。孔径角。常常用用第第二二聚聚光光镜镜光光阑阑孔孔直直径径范围：范围：20400m。2、物镜光阑、物镜光阑位置：通常被放在物镜的位置：通常被放在物镜的后焦面后焦面上。上。作用：作用： 提高成像质量。提高成像质量。减小物镜的孔径半角，从而减小像差（球差，像减小物镜的孔径半角，从而减小像差（球差，像散和色差），得到质量较高的显微图像。散和色差），得到质量较高的显微图像。 进行明、进行明、暗场的成像操作暗场的成像操作。利用明、暗场图像的对比分析，可方。利用明、暗场图像的对比分析，可方便地进行物相鉴定和缺陷分析
37、。便地进行物相鉴定和缺陷分析。 提高图像的衬度提高图像的衬度电子束通过薄膜样品后产生散射和衍射。散射角电子束通过薄膜样品后产生散射和衍射。散射角( (或衍射角或衍射角) )较大的电较大的电子被光阑挡住，不能继续进入镜筒成像，从而就会在像平面上形成具子被光阑挡住，不能继续进入镜筒成像，从而就会在像平面上形成具有一定衬度的图像。因此物镜光阑又叫做衬度光阑。有一定衬度的图像。因此物镜光阑又叫做衬度光阑。常用物镜光阑孔的直径范围常用物镜光阑孔的直径范围：2020120m120m。3、选区光阑、选区光阑目的：目的：用于选择样品上的一个微小区域进行衍射分析。用于选择样品上的一个微小区域进行衍射分析。方案一：在样品上放一个光阑，使电子束只能通过光阑限方案一：在样品上放一个光阑，使电子束只能通过光阑限定的微区。定的微区。( (这无法实现这无法实现) )方案二：将光阑放在物镜的方案二：将光阑放在物镜的像平面像平面位置，此光阑称为选区位置，此光阑称为选区光阑。这样布置达到的选区效果与光阑放在样品平面处是光阑。这样布置达到的选区效果与光阑放在样品平面处是完全一样的；且光阑孔的直径可以做得比较大。（完全一样的；且光阑孔的直径可以做得比较大。（可行可行）一般选区光阑孔的直径范围：一般选区光阑孔的直径范围：2020400m400m。
