朱静-EELS讲解
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TEM Diff mode: Screen: “diff. pattern” 投影镜后焦面 “image” image coupling 谱仪的物 “image”
E. M. Lab. Tsinghua, J.ZHU
电子能量损失谱仪的一些重要参数
E. M. Lab. Tsinghua, J.ZHU
谱仪的一些重要参数－色散度
X orbit (the plane perpendicular to the magnetic field)
Y orbit (the plane parallel to the magnetic field)
E. M. Lab. Tsinghua, J.ZHU
内置Ω 型 JEM2010FEF
E. M. Lab. Tsinghua, J.ZHU
E. M. Lab. Tsinghua, J.ZHU
电子与物质交互作用
E. M. Lab. Tsinghua, J.ZHU
弹性散射与非弹性散射
电子衍射图中包含了弹 性和非弹性散射的信息
非弹性散射： Phonons Interband transition Plasma ionization
E. M. Lab. Tsinghua, J.ZHU
GATAN – PEELS 外（后）置系统
E. M. Lab. Tsinghua, J.ZHU
GATAN – PEELS 系统
谱仪的能量色散面的共轭面是投影镜的后焦面 谱仪的物即为投影镜后焦面上的衬度分布
TEM Image mode: Screen: “image” 投影镜后焦面 “diff. pattern” diffraction coupling 谱仪的物 “diff. pattern”
Spatial resolution
取决于采集谱时Байду номын сангаас所选择的电子显微镜的模式
TEM mode: 谱仪光栏直径/放大倍率 ＝ 1mm/100000 = 10nm 能量损失大时，受物镜色差影响，可造成偏离物位置约 100nm 适合于采用大的谱仪接收角，获得好的能量分辨率，空间分辨率差
TEM diff. : 空间分辨率 ＝ 样品上的束斑直径 一般电镜：由选区衍射光栏确定样品上对EELS譜有贡献的区域
定义：ΔE：零损失峰的半高宽
ΔE 与电子源种类有关 (ΔE[W] > ΔE[LaB6] > ΔE[FEG]) 冷场发射枪的能量分辨率可达0.3eV
随损失能量增加，能量分辨率变差
E. M. Lab. Tsinghua, J.ZHU
谱仪的一些重要参数－点扩展函数
Point spread function 由于系统，特别是YAG，存在的点扩展函数，使得
DSTEM: 由聚焦电子束确定样品上对EELS譜有贡献的区域 有可能获得接近一个原子柱的空间分辨率
E. M. Lab. Tsinghua, J.ZHU
三种模式的光路图
虚线表示沿着β角的束散射
E. M. Lab. Tsinghua, J.ZHU
到的信号 “delocalization”
在EELS谱图中，若原信息只占一个Channel，但 由于点扩展函数效应，信号可占大于一个或几个 Channels
采用对测量的信号解卷的方法，消除点扩展函数的 影响
E. M. Lab. Tsinghua, J.ZHU
谱仪的一些重要参数－谱仪接收角β
STEM: β = d/2h
dispersion: dx/dE 色散度 x: 色散面上的空间坐标 E: 电子能量
色散度随 入射电子的能量变化而变化 磁棱镜的磁场变化而变化
对PEELS, dx/dE ≈ 1.5 μm/eV
E. M. Lab. Tsinghua, J.ZHU
谱仪的一些重要参数－能量分辨率
energy resolution ΔE：能量分辨率
E. M. Lab. Tsinghua, J.ZHU
谱仪的一些重要参数－谱仪接收角β
TEM image mode β = βob/M β ~ 100mrad. 无物镜光栏
TEM diff. mode β = deffθB/R
E. M. Lab. Tsinghua, J.ZHU
谱仪的一些重要参数－空间分辨率
XPS(ESCA)：X射线光电子谱 KE=hν-Φ-Eb （binding energy) UPS: 紫外光电子谱，bonding energy. 0.1-1mm空间分辨率
XES: X-ray Emission Spectroscopy
AES: Auger Electron Spectroscopy, 20nm空间分辨率
E. M. Lab. Tsinghua, J.ZHU
电子显微镜/电子能量损失谱仪组合
E. M. Lab. Tsinghua, J.ZHU
组合要求
具不同能量的电子有不同通道 能量色散面上显示具不同能量的
电子的分布 动能相同的电子聚焦在同一线上
磁棱镜
能量色散面的共轭面 TEM：投影镜的后焦面 DSTEM：物平面 TEMFEF：在？
电子能量损失谱和非弹性散射
1：零损失峰和phonons损失 2：等离子振荡和带间跃迁损失 3：电离化过程损失 4：本底
Al的电子能量损失谱图
E. M. Lab. Tsinghua, J.ZHU
和其它谱仪的比较—由收集原子中电子跃迁信号提
供电子结构信息
ELNES: 电离损失峰精 细结构
XANES： X射线吸收边精细结构
电子能量损失谱原理与应用
清华大学 朱静
2003.12.22
E. M. Lab. Tsinghua, J.ZHU
内容
1、电子与物质交互作用 2、电子显微镜/电子能量损失谱仪组合 3、电子能量损失谱仪的一些重要参数 4、电子能量损失谱的谱图及谱图处理 5、电子通道效应和 momentum-
resolved ENEFS 6、能量过滤像和Z-衬度像
E. M. Lab. Tsinghua, J.ZHU
两种类型的TEM-EELS结构
内置Ω 型 外置（后置）谱仪型
E. M. Lab. Tsinghua, J.ZHU
内置Ω 型 JEM2010FEF
Energy dispersion
E. M. Lab. Tsinghua, J.ZHU
内置Ω 型 JEM2010FEF
E. M. Lab. Tsinghua, J.ZHU
电子能量损失谱仪的一些重要参数
E. M. Lab. Tsinghua, J.ZHU
谱仪的一些重要参数－色散度
X orbit (the plane perpendicular to the magnetic field)
Y orbit (the plane parallel to the magnetic field)
E. M. Lab. Tsinghua, J.ZHU
内置Ω 型 JEM2010FEF
E. M. Lab. Tsinghua, J.ZHU
E. M. Lab. Tsinghua, J.ZHU
电子与物质交互作用
E. M. Lab. Tsinghua, J.ZHU
弹性散射与非弹性散射
电子衍射图中包含了弹 性和非弹性散射的信息
非弹性散射： Phonons Interband transition Plasma ionization
E. M. Lab. Tsinghua, J.ZHU
GATAN – PEELS 外（后）置系统
E. M. Lab. Tsinghua, J.ZHU
GATAN – PEELS 系统
谱仪的能量色散面的共轭面是投影镜的后焦面 谱仪的物即为投影镜后焦面上的衬度分布
TEM Image mode: Screen: “image” 投影镜后焦面 “diff. pattern” diffraction coupling 谱仪的物 “diff. pattern”
Spatial resolution
取决于采集谱时Байду номын сангаас所选择的电子显微镜的模式
TEM mode: 谱仪光栏直径/放大倍率 ＝ 1mm/100000 = 10nm 能量损失大时，受物镜色差影响，可造成偏离物位置约 100nm 适合于采用大的谱仪接收角，获得好的能量分辨率，空间分辨率差
TEM diff. : 空间分辨率 ＝ 样品上的束斑直径 一般电镜：由选区衍射光栏确定样品上对EELS譜有贡献的区域
定义：ΔE：零损失峰的半高宽
ΔE 与电子源种类有关 (ΔE[W] > ΔE[LaB6] > ΔE[FEG]) 冷场发射枪的能量分辨率可达0.3eV
随损失能量增加，能量分辨率变差
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谱仪的一些重要参数－点扩展函数
Point spread function 由于系统，特别是YAG，存在的点扩展函数，使得
DSTEM: 由聚焦电子束确定样品上对EELS譜有贡献的区域 有可能获得接近一个原子柱的空间分辨率
E. M. Lab. Tsinghua, J.ZHU
三种模式的光路图
虚线表示沿着β角的束散射
E. M. Lab. Tsinghua, J.ZHU
到的信号 “delocalization”
在EELS谱图中，若原信息只占一个Channel，但 由于点扩展函数效应，信号可占大于一个或几个 Channels
采用对测量的信号解卷的方法，消除点扩展函数的 影响
E. M. Lab. Tsinghua, J.ZHU
谱仪的一些重要参数－谱仪接收角β
STEM: β = d/2h
dispersion: dx/dE 色散度 x: 色散面上的空间坐标 E: 电子能量
色散度随 入射电子的能量变化而变化 磁棱镜的磁场变化而变化
对PEELS, dx/dE ≈ 1.5 μm/eV
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谱仪的一些重要参数－能量分辨率
energy resolution ΔE：能量分辨率
E. M. Lab. Tsinghua, J.ZHU
谱仪的一些重要参数－谱仪接收角β
TEM image mode β = βob/M β ~ 100mrad. 无物镜光栏
TEM diff. mode β = deffθB/R
E. M. Lab. Tsinghua, J.ZHU
谱仪的一些重要参数－空间分辨率
XPS(ESCA)：X射线光电子谱 KE=hν-Φ-Eb （binding energy) UPS: 紫外光电子谱，bonding energy. 0.1-1mm空间分辨率
XES: X-ray Emission Spectroscopy
AES: Auger Electron Spectroscopy, 20nm空间分辨率
E. M. Lab. Tsinghua, J.ZHU
电子显微镜/电子能量损失谱仪组合
E. M. Lab. Tsinghua, J.ZHU
组合要求
具不同能量的电子有不同通道 能量色散面上显示具不同能量的
电子的分布 动能相同的电子聚焦在同一线上
磁棱镜
能量色散面的共轭面 TEM：投影镜的后焦面 DSTEM：物平面 TEMFEF：在？
电子能量损失谱和非弹性散射
1：零损失峰和phonons损失 2：等离子振荡和带间跃迁损失 3：电离化过程损失 4：本底
Al的电子能量损失谱图
E. M. Lab. Tsinghua, J.ZHU
和其它谱仪的比较—由收集原子中电子跃迁信号提
供电子结构信息
ELNES: 电离损失峰精 细结构
XANES： X射线吸收边精细结构
电子能量损失谱原理与应用
清华大学 朱静
2003.12.22
E. M. Lab. Tsinghua, J.ZHU
内容
1、电子与物质交互作用 2、电子显微镜/电子能量损失谱仪组合 3、电子能量损失谱仪的一些重要参数 4、电子能量损失谱的谱图及谱图处理 5、电子通道效应和 momentum-
resolved ENEFS 6、能量过滤像和Z-衬度像
E. M. Lab. Tsinghua, J.ZHU
两种类型的TEM-EELS结构
内置Ω 型 外置（后置）谱仪型
E. M. Lab. Tsinghua, J.ZHU
内置Ω 型 JEM2010FEF
Energy dispersion
E. M. Lab. Tsinghua, J.ZHU
内置Ω 型 JEM2010FEF