透射电子显微镜(TEM)的原理

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1、透射电子显微镜--TEM(TransmissionElectronMicroscope)1CONTENTS⚫TEM发展概述⚫TEM的结构和成像原理⚫衍射花样分析2什么是透射电镜？透射电镜，即透射电子显微镜（TransmissionElectronMicroscope，TEM），是以波长极短的电子束作为照明源，用电磁透镜对透射电子聚焦成像的一种具有高分辨本领、高放大倍数的电子光学仪器。目前世界上最先进的透射电镜的分辨本领已达到0.1nm,可用来直接观察原子像。3一、TEM发展概述⚫1924年，德布罗意计算出电子波的波长。⚫1926年，布施发现轴对称

2、非均匀磁场能使电子波聚焦。⚫1932～1933年间，德国的劳尔和鲁斯卡等研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优于10nm的商品电子显微镜。4TEM发展概述我国电镜研制起步较迟，1958年在长春中国科学院光学精密机械研究所生产了第一台中型电镜，到1977年生产的TEM分辨率为0.3nm，放大倍率为80万倍。5⚫点分辨率：0.23nm⚫晶格分辨率：0.14nm⚫加速電圧：80～200kV⚫倍率：×50～1,500,000日本电子公司透射电镜JEM-2100（HR）6二TEM的结构和成像原理透射电镜是以波长极短的电子

3、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。电子光学照明、成象、观察和核心部分记录TEM真空部机械泵、扩散泵、吸附泵、辅助真空测量、显示仪表分高压电源、透镜电源、真空电源、电子部辅助电源、安全系统、总调压变辅助分压器77A电子光学成像系统A照明系统照•电子枪明系•聚光镜统B样品室C成像系统样•物镜(Objective品lens)室成•中间镜像(Intermediatelens)放•投影镜(Projector大lens)记D观察和记录系统录观察8照明系统照明系统由电

4、子枪、聚光镜和电子束平移对中、倾斜调节装置组成。9(1)电子枪电子枪是透射电镜的电子源。要求其亮度、发射稳定度和加速电压都要高。最电子枪及自偏压回路常用的加速电压50~100kV，近来超高电压电镜的加速电压已达数千kV。目前常用的电子枪是热阴极三极电子枪，如图所示。它由发夹形钨丝阴极、阳极和位于阴、阳极之间且电位比阴极负数百伏的栅极组成。能发射直径小于100μm的电子束斑10(2)聚光镜聚光镜大多是磁透镜，其作用是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、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。这种系统由第

5、一聚光镜(强激磁透镜)和第二聚光镜(弱激磁透镜)组成。11B样品室样品室位于照明系统和物镜之间，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、倾斜(和旋转等。透射电镜样品非常薄，约为100～200nm，必须用铜网支撑着。12C成像系统物镜成像系统中间镜投影镜成像系统作用：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。13（1）物镜⚫物镜是透射电镜的核心，形成第一幅电子像或衍射谱，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

6、的放大倍数（100x-200x），透射电镜的分辨本领就取决于物镜的分辨本领。⚫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，提高图像的衬度。14（2）中间镜⚫弱激磁长焦距可变倍率透镜。作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。TEM的中间镜控制总放大倍数。⚫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），这就是电镜的成像（电子衍射）操作。15（3）投影镜⚫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

7、射谱。⚫它可以保持图像的清晰度不受中间镜放大倍数的影响。16物镜和投影镜属于强透镜，其放大倍数均为100倍左右，而中间镜属于弱透镜，其放大倍数为0-20倍。三级成像的总放大倍数为：M总=M物×M中×M投17两种工作模式成像操作电子衍射操作18成像操作⚫当电子束透过样品后，透射电子带有样品微区结构及形貌信息，呈现出不同强度，经物镜后，在像平L1面上形成中间像1；⚫调节中间镜激磁电流，使L2其物平面和物镜像平面重合，则荧光屏上得一幅放大像。这就是成像操作。图8-4透射电镜成像系统的成像操作19电子衍射操作⚫电子束穿越样品后，便携带样品结构信息，沿各自

8、方向传播。当某晶面位向满足衍射定律，则在与入射束成2θ角上产生衍射束。⚫若调节中间镜激磁电流，使中间镜物平面和物镜背焦面重合，则荧光屏上