第九章透射电子显微镜优秀课件

（一）物镜
提高物镜分辨率的措施：
1. 物镜的分辨率主要取决于极靴的形状和加工精 度。一般来说，极靴的内孔和上下极之间的距 离越小，物镜的分辨率越高。
2. 在物镜的后焦面上安放一个物镜光阑。物镜光 阑不仅具有减少球差，像散和色差的作用，而 且可以提高图像的衬度。
光学透镜的焦距是固定的。电磁透镜的焦距是可以 通过调节电流大小来改变。
GaP纳米线的形貌及其衍射花样
为什么要用TEM?
2）高的图像分辨率。
0.61 r0 nsin
不同加速电压下电子束的波长
V(kV) 100 200 300 1000
(Å) 0.0370 0.0251 0.0197 0.0087
纳米金刚石的高分辨图像
为什么要用TEM?
3）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
（三）投影镜
投影镜的作用是把经 中间镜放大（或缩小） 的像（电子衍射花样） 进一步放大，并投影到 荧光屏上
大学物理系 A.Howie （建立了直接观察薄晶体缺陷和结构的实验技术及电
子衍射衬度理论） 高分辨像理论（70年代初）： 美国阿利桑那州立大学物理系J.M.Cowley，70年代发展
了高分辨电子显微像的理论与技术。 高空间分辨分析电子显微学（ 70年代末，80年代初）
采用高分辨分析电子显微镜（HREM，NED，EELS, EDS）对很小范围（～5Å）的区域进行电子显微研 究（像，晶体结构，电子结构，化学成分）
在用透射电子显微镜进行图像分析时，物镜和样品 之间和距离固定不变的，（即物距L1不变）。因此 改变物理学电镜放大倍数进行成像时，主要是改变 物镜的焦距和像距（即f 和 L2）来满足成像条件。
（二）中间镜
作用：在电镜操作过程中，主 要是利用中间镜的可变倍率来 控制电镜的放大倍数。
特点：弱激磁，长焦距，可变 倍透镜，放大倍数0-20倍。
§ 9-1 透射电子显微镜的结构和成像机理
5万倍
§ 9-1 透射电子显微镜的结构和成像机理
规则微孔
孔径: 6.2 Å
§ 9-1 透射电子显微镜的结构和成像机理
规则介孔
孔径: 7-8 nm
§ 9-1 透射电子显微镜的结构和成像机理
透射电子显微镜的组成结构
通常透射电镜由电子 光学系统、电源与控 制系统、真空系统、 和循环冷却系统组成， 其中电子光学系统是 电镜的主要组成部分。
各国代表人物
美国伯克莱加州大学G.Thomas将TEM第一 个用到材料研究上。
日本岗山大学H. Hashimoto日本电镜研究 的代表人。
中国：钱临照、郭可信、Βιβλιοθήκη Baidu方华、叶恒强、 朱静。
国内电镜做得好的有：北京电镜室（物理 所）、沈阳金属所、清华大学。
为什么要用TEM?
1）可以实现微区物相分析。
§ 9-1 透射电子显微镜的结构和成像机理
电子光学系统组成结构
1.照明系统： 电子枪＋聚光镜
2.成像系统： 物镜＋中间镜＋投影镜
3.观察记录系统： 荧光屏＋照相底片
§ 9-1 透射电子显微镜的结构和成像机理
一、照明系统
照明系统主要组成： 电子枪+平移对中、 倾斜调节装置+聚光 镜
照明系统的作用：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。
了电子衍射实验。 1933年柏林大学的Knoll和Ruska研制出第一台电
镜（点分辨率50nm, 比光学显微镜高4倍)，Ruska 为此获得了Nobel Prize（1986）。 1949年Heidenreich观察了用电解减薄的铝试样；
近代TEM发展史上三个重要阶段
像衍理论(50－60年代)： 英国牛津大学材料系 P.B.Hirsch, M.J.Whelan；英国剑桥
二、成像系统
1、物镜 2、中间镜 3、投影镜
成像系统
（一）物镜 物镜作用：成像系统的第一级
放大透镜，形成第一幅高分辨 率电子显微图像和电子衍射花 样。 物镜特点：强激磁、短焦距 （1-3mm），高放大倍数， 高分辨率。
物镜决定透射电子显微镜分辨 本领
物镜是一个强激磁短焦距的透镜，它的放 大倍数较高，一般为100-300倍。目前，高 质量的物镜其分辨率可达0.1nm左右。
第九章透射电子显微镜
1
第九章 透射电子显 微镜
透射电镜结构与工作原理
§ 9-1 透射电子显微镜的结构和成像机理
透射电子显微镜 Transmission Electron Microscope, TEM 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，是观察分析材料 的形貌、组织和结构的有效工具。
透射电镜的外观照片
§ 9-1 透射电子显微镜的结构和成像机理
透射电子显微镜的组成结构 照明系统
电子光学系统 成像系统 观察记录系统
电源与控制系统
TEM
真空系统
循环冷却系统
电子光学系统组成
电 电子枪 照明部分 子 聚光镜
光 样品台 样品装置部分
学 物镜
系 中间镜
成像部分
统 投影镜
荧光屏 照相底片
观察记录部分
分析透射电子显微镜 JEM200CX
分析透射电子显微镜JEM2010
分析型透射电子显微镜
超高压电 镜
TEM发展简史
1924年de Broglie提出波粒二象性假说 1926 Busch指出“具有轴对称性的磁场对电子束
起着透镜的作用，有可能使电子束聚焦成像”。 1927 Davisson & Germer, Thompson and Reid 进行
§ 9-1 透射电子显微镜的结构和成像机理
（一）电子枪
§ 9-1 透射电子显微镜的结构和成像机理
（二）聚光镜
§ 9-1 透射电子显微镜的结构和成像机理
一、照明系统（二）聚光镜
聚光镜：会聚电子枪射 出的电子束，以最小的 损失照射样品，调节照 明强度、孔径角和束斑 大小
双聚光镜系统：第一聚 光镜是强激磁透镜；第 二聚光镜是弱激磁透镜
§ 9-1 透射电子显微镜的结构和成像机理
一、照明系统 灯丝
§ 9-1 透射电子显微镜的结构和成像机理
一、照明系统 （一）电子枪
透射电镜常用75-200kV加速电压
热阴极三极电子枪：发夹形 钨丝阴极＋栅极帽＋阳极，
栅极作用：限制和稳定电子 束流
电子源：阴极和阳极之间电 子束会集成的交叉点
电子源直径：几十个微米