TEM的原理.pptx
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1、1透射电子显微镜透射电子显微镜 -TEMTEM (Transmission Electron MicroscopeTransmission Electron Microscope)报报 告告 人:人:侍海丽侍海丽日日 期:期:2012-05-152012-05-152CONTENTSlTEMTEM发展概述发展概述lTEMTEM的结构和成像原理的结构和成像原理l衍射花样分析衍射花样分析3为什么要用为什么要用TEM?1.可以实现微区物相分析。GaP纳米线的形貌及其衍射花样42.高的图像分辨率。不同加速电压下电子束的波长V(kV)()1000.03702000.02513000.019710000.
2、0087纳米金刚石的高分辨图像53.获得立体丰富的信息。三极管的沟道边界的高分辨环形探测器(ADF)图像及能量损失谱6光学显微镜与透射电镜的比较光学显微镜与透射电镜的比较比较部分光学显微镜光学显微镜透射电镜透射电镜光源光源可见光可见光(日光、电灯光日光、电灯光)电子源电子源(电子枪电子枪)透镜透镜光学透镜光学透镜磁透镜磁透镜放大成象系统放大成象系统光学透镜系统光学透镜系统电子光学透镜系统电子光学透镜系统样品样品1mm厚的载玻片厚的载玻片约约10nm厚的薄膜厚的薄膜介质介质空气和玻璃空气和玻璃高度真空高度真空像的观察像的观察直接用眼直接用眼利用荧光屏利用荧光屏分辨本领分辨本领200nm0.20.
3、3nm有效放大倍数有效放大倍数103106聚焦方法聚焦方法移动透镜移动透镜改变线圈电流或电压改变线圈电流或电压7一一 TEM发展概述发展概述l1924年,德布罗意计算出电子波的波长。年,德布罗意计算出电子波的波长。l1926年,布施发现轴对称非均匀磁场能使电年,布施发现轴对称非均匀磁场能使电子波聚焦。子波聚焦。l19321933年间,德国的劳尔和鲁斯卡等研年间,德国的劳尔和鲁斯卡等研制成功世界上第一台制成功世界上第一台TEM。1939年,德国的西门子公司生产出分辨本领年,德国的西门子公司生产出分辨本领优于优于10nm的商品电子显微镜。的商品电子显微镜。8TEM发展概述发展概述 我国电镜研制起步
4、我国电镜研制起步较迟,较迟,19581958年在长春年在长春中国科学院光学精密中国科学院光学精密机械研究所生产了第机械研究所生产了第一台中型电镜,到一台中型电镜,到19771977年生产的年生产的TEMTEM分辨分辨率为率为0.3nm0.3nm,放大倍率,放大倍率为为8080万倍。万倍。9日本电子公司透射电镜日本电子公司透射电镜 JEM-2100(HR)l点分辨率:点分辨率:0.23nm0.23nml晶格分辨率:晶格分辨率:0.14nm0.14nml加速電圧:加速電圧:8080200kV200kVl倍率:倍率:50501,500,0001,500,000 10二二 TEM的结构和成像原理的结构
5、和成像原理 透射电镜是以波长极短的电子束作为照明源,用电磁透射电镜是以波长极短的电子束作为照明源,用电磁透镜聚焦成像的一种高分辨率、高放大倍数的电子光学仪透镜聚焦成像的一种高分辨率、高放大倍数的电子光学仪器。它由电子光学系统、电源与控制系统及真空系统三部器。它由电子光学系统、电源与控制系统及真空系统三部分组成。分组成。TEM电子光学部分真 空 部 分电 子 部 分照明、成象、观察和记录机械泵、扩散泵、吸附泵、真空测量、显示仪表高压电源、透镜电源、真空电源、辅助电源、安全系统、总调压变压器核心辅助辅助1011A 电子光学成像系统电子光学成像系统照照明明系系统统成成像像放放大大记记录录观观察察样样
6、品品室室A A 照明系统照明系统电子枪电子枪聚光镜聚光镜B B 样品室样品室C C 成像系统成像系统 物镜物镜 (Objective(Objective lens)lens)中间镜中间镜 (Intermediate lens)(Intermediate lens)投影镜投影镜 (Projector(Projector lens)lens)D D 观察和记录系统观察和记录系统12照明系统照明系统照明系统由照明系统由电子枪、聚光镜电子枪、聚光镜和电子束平移对中、倾斜调和电子束平移对中、倾斜调节装置组成。节装置组成。13(1)电子枪电子枪 电子枪是透射电镜的电电子枪是透射电镜的电子源。要求其亮度、发
7、射稳子源。要求其亮度、发射稳定度和加速电压都要高。最定度和加速电压都要高。最常用的加速电压常用的加速电压50100kV,近来超高电压电镜的加速,近来超高电压电镜的加速电压已达数千电压已达数千kV。目前常用的电子枪是目前常用的电子枪是热阴极三极电子枪,如图所热阴极三极电子枪,如图所示。它由发夹形钨丝示。它由发夹形钨丝阴极阴极、阳极阳极和位于阴、阳极之间且和位于阴、阳极之间且电位比阴极负数百伏的电位比阴极负数百伏的栅极栅极组成。能发射直径小于组成。能发射直径小于100m的电子束斑的电子束斑电子枪及自偏压回路 14(2)(2)聚光镜聚光镜 聚光镜大多是磁透镜,其作用是聚光镜大多是磁透镜,其作用是将来
8、自电子枪的电子束会聚到被观察将来自电子枪的电子束会聚到被观察的样品上,并通过它来控制照明强度、的样品上,并通过它来控制照明强度、照明孔径角和束斑大小。高性能透射照明孔径角和束斑大小。高性能透射电镜都采用双聚光镜系统。这种系统电镜都采用双聚光镜系统。这种系统由第一聚光镜由第一聚光镜(强激磁透镜强激磁透镜)和第二聚和第二聚光镜光镜(弱激磁透镜弱激磁透镜)组成。组成。15 样品室样品室位于照明系统和物镜之间位于照明系统和物镜之间,其作用是安装各种,其作用是安装各种形式的样品台,提供样品在观察过程中的各种运动,如平移、形式的样品台,提供样品在观察过程中的各种运动,如平移、倾斜倾斜(和旋转等。和旋转等。
9、透射电镜样品非常薄,约为透射电镜样品非常薄,约为100100200nm200nm,必须用,必须用铜网铜网支支撑着。撑着。B 样品室样品室16物镜物镜投影镜投影镜中间镜中间镜成像系统成像系统成像系统作用:成像系统作用:将来自样品的、反映样品内部特征将来自样品的、反映样品内部特征的、强度不同的透射电子聚焦放大成的、强度不同的透射电子聚焦放大成像,并投影到荧光屏或照相底片上,像,并投影到荧光屏或照相底片上,转变为可见光图像或电子衍射花样。转变为可见光图像或电子衍射花样。C C 成像系统成像系统17(1)物镜l 物镜是透射电镜的核心,形成第一幅电子像或物镜是透射电镜的核心,形成第一幅电子像或衍射谱,它
10、还承担了物到像的转换并加以放大的作衍射谱,它还承担了物到像的转换并加以放大的作用,既要求像差尽可能小又要求高的放大倍数用,既要求像差尽可能小又要求高的放大倍数(100 x-200 x100 x-200 x),),透射电镜的分辨本领就取决于物镜透射电镜的分辨本领就取决于物镜的分辨本领的分辨本领。l 为了减小物镜的球差,往往在物镜的后焦面上为了减小物镜的球差,往往在物镜的后焦面上安放一个物镜光阑。它可以减小球差、相散和色差,安放一个物镜光阑。它可以减小球差、相散和色差,提高图像的衬度。提高图像的衬度。18(2)中间镜l 弱激磁长焦距可变倍率透镜。作用是把物镜形成的一次中弱激磁长焦距可变倍率透镜。作
11、用是把物镜形成的一次中间像或衍射谱投射到投影镜的物平面上。间像或衍射谱投射到投影镜的物平面上。TEMTEM的中间镜控制总放的中间镜控制总放大倍数。大倍数。l 如果把中间镜的物平面和物镜的像平面(背焦面)重合,如果把中间镜的物平面和物镜的像平面(背焦面)重合,则在荧光屏上得到一幅放大像(电子衍射花样),这就是则在荧光屏上得到一幅放大像(电子衍射花样),这就是电镜电镜的成像(电子衍射)操作的成像(电子衍射)操作。19(3)投影镜l 短焦距强磁透镜。把经中间镜形成的二次中间像及衍短焦距强磁透镜。把经中间镜形成的二次中间像及衍射谱投影到荧光屏上,形成最终放大的电子像及衍射谱。射谱投影到荧光屏上,形成最
12、终放大的电子像及衍射谱。l 它可以保持图像的清晰度不受中间镜放大倍数的影响它可以保持图像的清晰度不受中间镜放大倍数的影响。20 物镜和投影镜属于强透镜,其放大倍数均为物镜和投影镜属于强透镜,其放大倍数均为100100倍左右,而中间镜属于弱透镜,其放大倍数为倍左右,而中间镜属于弱透镜,其放大倍数为0-200-20倍。三级成像的总放大倍数为:倍。三级成像的总放大倍数为:M M总总 =M=M物物 MM中中 MM投投21两种工作模式两种工作模式成像操作成像操作电子衍射操作电子衍射操作22成像操作成像操作l当电子束透过样品后,透当电子束透过样品后,透射电子带有样品微区结构射电子带有样品微区结构及形貌信息
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