电子光学基础

透射电镜的最佳分辨本领达10-1nm数量级。如日本日立 公司的H-9000型透射电镜的点分辨率为1．8Å。
2.3 电磁透镜的景深和焦长 2.3.1 景深 2.3.2 焦长
2.3.1 景深或场深 景深或场深
透镜物平面允许的轴向偏差定 义为透镜的景深， 义为透镜的景深，用Df来表 示
电磁透镜孔径半角越小， 电磁透镜孔径半角越小，景深 越大
794(1k× ●894(2k ●794(1k× ×2k) 1k) ● × × × × ● × × ● ●
色差
由入射电子波长的非单一性所造成的
2.2.2 分辨本领
电磁透镜的分辨本领由 电磁透镜的分辨本领由 衍射效应 球向像差 来决定
衍射效应对分辨本领的影响
由衍射效应所限定的分辨本领在理 论上可由Rayleigh公式计算 论上可由 公式计算
2.3.2 焦长
透镜像平面允许的轴向偏差定义 为透镜的焦长，用DL表示
常规常规-透射 × ●
场发射场发射扫描 ● 1 nm × × ● ● ● ● ●
用途说明 高分辨原子像、 高分辨原子像、晶 格像 分析型专用 数字成像用 微区元素、 微区元素、杂质分 析 表面形貌分析 表面形貌辅助手段 可到1000° 可到1000°C 1000 液氮温度—摄氏 液氮温度 摄氏 200° 200°C
像散
由透镜磁场的非旋转对称而引起的 可以通过消散像器来弥补
场发射场发射透射 高分辨极靴(HR) 高分辨极靴(HR) 极靴 高倾角极靴 极靴(HT) 高倾角极靴(HT) 数字相机(MSC) 数字相机(MSC) X射线能谱(EDS) 射线能谱(EDS) 二次电子像(SE) 二次电子像(SE) 背散射像(BS) 背散射像(BS) 加热样品台 (Heating Stage) 低温样品台 (Cooling Stage) ● 0.19 nm ×
2.1.3 电磁透镜
电磁透镜的聚焦原理示意图
电磁透镜的聚焦原理示意图
电磁透镜的聚焦原理示意图
带有软磁壳的电磁透镜示意图
物距：L1 物距： 像距： 像距：L2 焦距： 焦距：f 放大倍数： 放大倍数：M
电磁透镜的焦 距近似计算式： 距近似计算式：
电磁透镜是一种变焦距或变倍率的会聚透镜
有极靴电磁透镜
若只考虑衍射效应， 若只考虑衍射效应，在照明光源和介 质一定的条件下，孔径角。越大， 质一定的条件下，孔径角。越大，透 镜的分辨本领越高。 镜的分辨本领越高。
像差对分辨率的影响
为了使球差变小，可通过减小α来实现，但从衍射效应来 看α减小将使∆ro变大，分辨本领下降。因此，两者必须 兼顾。关键是确定电磁透镜的最佳孔径半角α。，使得衍 射效应Airቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ斑和球差散焦斑尺寸大小相等，表明两者对 透镜分辨本领影响效果一样。 ＝ －>
2.1.2 电子波的波长
电子显微镜的照明光源是电子波 电子波。电子波的波长 电子波 取决于电子运动的速度和质量 电子运动的速度和质量，即： 电子运动的速度和质量 电子的速度和加速电压 之间 和加速电压U之间 和加速电压 之间存 在下面的关系：
电子波的波长： 电子波的波长
不同加速电压下电子波的波长(经相对论校正 经相对论校正) 表2-1 不同加速电压下电子波的波长 经相对论校正
2 电子光学基础
2.1 电子波与电磁透镜 2.2 电磁透镜的像差与分辨本领 2.3 电磁透镜的景深和焦长
2.1 电子波与电磁透镜 2.1.1 光学显微镜的分辨率极限 2.1.2 电子波的波长 2.1.3 电磁透镜
电磁谱(各种射线的上、下限并非十分严格， 电磁谱 各种射线的上、下限并非十分严格，图示仅 各种射线的上 为大致的范围) 为大致的范围
2.1.1 光学显微镜的分辨率极限
分辨本领是指成像物体(试样)上能分辨出来的两个物点 分辨本领 间的最小距离。 光学显微镜的分辨本领 分辨本领为： 分辨本领 光学显微镜的分辨本领取决于照明光源的波长 波长。在可见 波长 光波长范围，光学显微镜分辨本领的极限为2000Å。因 此，要提高显微镜的分辨本领，关键是要有波长短，又 波长短， 波长短 能聚焦成像的照明光源。 能聚焦成像的照明光源 1924年德布罗意(De Brolie)发现电子波的波长比可见 光短十万倍 短十万倍。又过了两年，布施(Busch)指出轴对称非 短十万倍 轴对称非 均匀磁场能使电子波聚焦。 均匀磁场 在此基础上，1933年鲁斯卡(Rushka)等设计井制造厂 世界上第一台透射电子显微镜 第一台透射电子显微镜。 第一台透射电子显微镜
2.2 电磁透镜的像差与分辨本领
•2.2.1 像差 •2.2.2 分辨本领
2.2.1 像差
球差
球差即球面像差， 球差即球面像差，是由于电 磁透镜的中心区域和边缘区 域对电子的折射能力不符合 预定的规律而造成的。 预定的规律而造成的。离开 透镜主轴较远的电子(远轴电 透镜主轴较远的电子 远轴电 子)比主轴附近酌电子 近轴 比主轴附近酌电子(近轴 比主轴附近酌电子 电子)被折射程度过大 被折射程度过大。 电子 被折射程度过大。