2-2 透射电子显微镜解析

1. 电子枪 电子枪是电镜的电子源。其作用是发射并加速电子，并 会聚成交叉点。
目前电子显微镜使用的电子源有两类：
热电子源——加热时产生电子，W丝，LaB6 场发射源——在强电场作用下产生电子，场发射电镜FE
热阴极电子源电子枪的
结构如图所示，形成自偏 压回路，栅极和阴极之间
存在数百伏的电位差。电
3. 偏转系统 偏转系统可以实现相应的平移对中、倾斜调节，电子束
倾斜2—30以实现中心暗场成像。
2.1.2 成像系统
由物镜、物镜光栏、选区光栏、中间镜（1、2）和投 影镜组成
Specimen
Objective aperture
Objective lens SAD aperture Intermediate lens Projector lens
Screen
某常用型号TEM成像透镜系统的光路图
(a) 物镜和第一中间镜关闭
子束在栅极和阳极间会聚 为尺寸为d0的交叉点，通
常为几十um。
栅极的作用： 限制和稳定电流。
2.照明透镜系统
从电子枪发射出的电子束，束斑尺寸大，相干性差，不能
直接用于样品照明，需进一步根据照明要求使用照明透镜系
统进行调整。
透射电子显微分析模式不同，对入射到样品的电子束要求
也不同。照明透镜系统可以实现从电子束平行照明到大会聚 角电子束照明条件。 主要通过两级聚光镜、汇聚小透镜和物镜的不同组合来实 现，不同的电镜模式不同。
电子光学系统：
1. 电子照明系统 (电子枪，会聚镜系统） 2. 试样室 3. 成像放大系统 4. 图象记录装置
电子光学系统： 1. 电子照明系统 (电子枪，会聚镜系统） *电子枪： 10-5乇，以空气锁与试样室隔开 *会聚镜系统： 控制 e 束照射区域及强度 第一会聚镜： 强透镜短焦距，缩小 束径,会聚在后焦面， d1 1m 会聚光栏： 控制 e 束发散及柱体中 的气体向电子枪区域扩散。 第二会聚镜： 弱透镜，扩束为2d， ED用，散焦减小孔径角，平行束。 会聚光栏： 加上消像散器，可变 50－400μm，降低球差，消除像散
There are four main components to a transmission electron microscope: 1) an electron optical column 2) a vacuum system
3) the necessary electronics (lens supplies for focusing and deflecting the beam and the high voltage generator for the electron source) 4) software
第2章 透射电子显微镜 （ Transmission Electron Microscope - TEM ）
设备名称 分析透射电镜 型 号 Tecnai G2 20 （FEI 公司）
功能及用途 应用领域：用于金属材料、陶瓷材料、 复合材料及高分子生物材料的结构及 化学组成的微观可视性观察和分析 主要用途： 透射电镜样品形貌，相应选区电子衍 射观察 微衍射及相干电子衍射观察； 配合特征X射线能谱仪(EDS)进行成分 分析 技术指标
电子光学系统（镜筒）
（an electron optical column） 电子光学系统（镜筒）是 其核心，它的光路图与透 射光学显微镜相似，如图
所示，包括：
照明系统 成像系统 观察 记录系 统
2.1.1 照明系统（The illumination system） 照明系统包括：电子枪和照明透镜与偏转系统。
点分辨率：0.23 nm 线分辨率：0.14 nm 物镜球差系数：1.2mm 物镜色差系数：1.2mm 放大倍数：25X～1050000X
常用附件： EDAX 能谱仪
2.1 透射电子显微镜的结构与成像原理
透射电子显微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器。
为了减小像散，在C2下还要装一 个消像散器，以校正磁场成轴 对称性的；
focus
underfocus overfocus
组合模式
某电镜不同模式下照明透镜系统的光路图
a)
b) c)
透射成像模式：通过励磁电流很强的汇聚小透镜，使电子束汇聚在物镜的前焦点位置
微衍射和微区成分分析模式：关闭会聚小透镜的励磁电流，由于物镜的作用，电子束被 会 聚在样品的表面，电子束的会聚角很大 小区域的透射电镜观察模式：采用小尺寸聚光镜光阑和小汇聚角
两级聚光镜模式
聚光镜的作用是会聚电子枪发射出的电子束，调节照明强 度、孔径角和束斑大小。一般采用双聚光镜系统，如图所示。 C1—为强磁透镜， M
1 1 10 50
C2—弱磁透镜，长焦，小α
为了调整束斑大小，在C2聚光镜 下装一个聚光镜光栏。通常经 二级聚光后可获得几um的电子 束斑；
M Mob Mm M P 调节透镜的激磁电流
M ob通常等于 100，M ob max 300, Smax 1 A
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物镜 中间镜 投影镜
物镜光栏： ob极靴进口表面， 缩小孔径角用。 衬度光栏： ob后焦面上,可变。 选区光栏： ob像平面上，可变 。 4. 图象记录装置： 荧光屏 照像装置
2. 试样室：空气锁的保证换 样同时电镜柱体的真空度。 试样装入方式: ①侧入式， 可作较大倾斜,双倾,平 衡性稍差. ②顶入式: 不能作倾斜，平衡性好. 冷、热台，加压、拉伸
3. 成象放大系统： 物镜像平面＝中间镜前焦面 f samp f物前 物镜后焦平面＝中间镜前焦面(ED) 中间镜像平面＝投影镜前焦面
电子枪（electron gun ）- 提供电子
照明透镜与偏转系统：- 控制电子束
透射电子显微分析模式不同，对入射到样品的电子束要求也不同。
照明透镜系统可以实现从电子束平行照明到大会聚角电子束照明
条件。
Imaging system
组成：由电子枪、聚光镜（1、2级）和相应的平移对中、 倾斜调节装置组成。