透射电镜原理

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1、现代分析测试技术透射电子显微镜（TEM）陈珍201222901003李波201222908003侯玲杰201222901007ShanxiUniversity目录第一章透射电镜简介1.1概念及简史1.2分辨率1.3分类第二章透射电镜构造及各部分结构原理2.1电子光学部分2.2真空系统2.3供电及控制系统第三章透射电镜成像原理3.1透射电镜成像过程3.2透射电子显微镜的成像分类3.3透射电子显微像的衬度来源及分类第一章透射电镜简介概念：透射电子显微镜（TransmissionElectronMicroscope，TEM

2、）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本领、高放大倍数的电子光学仪器。简史：1933年，德国科学家卢斯卡（Ruska）和克诺尔（Knoll）研制出了世界上第一台透射电镜，到今天，透射电镜已经诞生了70多年，由电镜应用而形成的交叉性学科——电子显微学已经日趋完善，电镜的分辨能力也比最初时提高了超过100倍，达到了亚埃级，并且在自然科学研究中起到日益重要的作用。1.1概念及简史1.2.1自然光与电子束的波长可见光的波长在390～760nm电子波长：取V=100kV，理论得到电子波长为0.0037

3、nm1.2分辨率：为什么采用电子束做为光源?1.2.2显微镜的分辨率通常人眼的分辨本领大概是0.2mm（即人眼可分辨的两点间最小距离为0.2mm）显微镜可分辨的两点间的最小距离，即为显微镜的分辨率采用物镜的孔径角接近90度考虑采用可见光波长极限390nm的光束照明显微镜系统，可得d约为200nm对于TEM在100kV加速电压下，波长0.0037nm，d约为0.002nm，目前电子显微镜达不到其理论极限分辨率，最小分辨率达到0.1nm1.2.3有效放大倍数光学显微镜必须提供足够的放大倍数，把它能分辨的最小距离放大到人眼

4、能分辨的程度。相应的放大倍数叫做有效放大倍数，它可由下式来确定：光学显微镜的有效放大倍数透射电镜的有效放大倍数由上面公式可以直接得出，光学显微镜的有效放大倍数远小于透射电镜。电子图像的放大倍数为物镜、中间镜和投影镜的放大倍数之乘积，即M=M.Mr.Mp。分类：透射电子显微镜（简称透射电镜，TEM）可以以几种不同的形式出现：高分辨透镜（HRTEM）：JEM2100，点分辨率：0.23nm，晶格分辨率：0.14nm,最小束斑尺寸0.5nm透射扫描电镜（STEM）:利用磁透镜将电子束聚焦到样品表面并在样品表面快速扫描，通过

5、电子穿透样品成像，既有透射电子显微镜功能，又有扫描电子显微镜功能的一种显微镜。分析型电镜(AEM):JEM2010HF,点分辨率:0.25nm,晶格分辨率:0.19nm,最小束斑尺寸1.5nm1.3分类按加速电压分类：<200KV为低压透射电镜加速电压200~400KV为高压透射电镜>400KV为超高压透射电镜按照明系统分类：普通透射电镜和场发射透射电镜按成像系统分类：低分辨率透镜和高分辨率透镜JEM-2100透射电镜外观图分析型透射电子显微镜第二章基本构造及各部分结构原理透射电镜的总体工作原理由电子枪发射出来的电子

6、束，在真空通道中沿着镜体光轴穿越聚光镜，通过聚光镜将之会聚成一束尖细、明亮而又均匀的光斑，照射在样品室内的样品上；透过样品后的电子束携带有样品内部的结构信息，样品内致密处透过的电子量少，稀疏处透过的电子量多；经过物镜的会聚调焦和初级放大后，电子束进入下级的中间透镜和第1、第2投影镜进行综合放大成像，最终被放大了的电子影像投射在观察室内的荧光屏板上；荧光屏将电子影像转化为可见光影像以供使用者观察。图1.透射电镜电子光学部分基本构造示意图2.1电子光学部分照明系统由电子枪、聚光镜和相应的平移对中及倾斜调节装置组成。它的作

7、用：为成像系统提供一束亮度高、相干性好的照明光源；选择照明方式（明场或暗场成像）。图2.照明系统结构示意图2.1.1照明系统电子枪阴极、阳极和控制极决定着电子发射的数目及其动能，习惯通称为“电子枪”。会聚电子束；控制电子束电流大小，调节像的亮度。电子枪的重要性仅次于物镜。决定像的亮度、图像稳定度和穿透样品的能力。1.电子枪热电子枪和场发射电子枪的工作原理灯丝加热电路flashing电路W/LaB6灯丝栅极阳极发射体第一阳极第二阳极热电子发射ThermalElectronGun场发射FieldEmissionGun图3

8、.电子枪工作原理图电子源：在真空中通电加热后使从阴极发射的电子有较高的动能形成定向高速电子流。热电子发射：金属(W)或单晶硼化物(LaB6)加热到高温时(2800K)，发射出热电子…….场发射：把单晶钨做成细的尖端（发射体），尖端表面在强的电场作用下（如107V/cm），电子被拔出…场发射分为冷场发射和热场（肖特基）发射（1）阴极（3）阳极加速