电子显微技术

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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。
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TEM——物镜
• 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，极靴的内孔和上下级之间的距离越小，物镜的分辨 率就越高。
• 为了减少物镜的球差，往往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， 而且或以提高图像的衬度。
纵原子的时代）
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总述：
光学显微镜与电子显微镜的区别 电子显微技术
总述：
光学显微镜与电子显微镜的区别
项目
照明光源 照明波长
分辨率 放大倍数 成像透镜 照明介质 焦距调整
样品 样品载体
电子显微镜
光学显微镜
电子束
加速电压80kV时，波长 为0.0042nm
0.2nm 100万倍 电磁透镜
1.33 x 10-4Pa 以上真空度 调整物镜电流，改变磁场
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TEM（透射电子显微镜）：
• 透射电子显微镜（英语：Transmission electron microscopy，缩写TEM），简称透射电镜。是把经 加速和聚集的电子束投射到非常薄的样品上，电 子与样品中的原子碰撞而改变方向，从而产生立 体角散射。散射角的大小与样品的密度、厚度相 关，因此可以形成明暗不同的影像。用于观察超 微结构，即小于0.2微米、光学显微镜下无法看清 的结构，又称“亚显微结构”。
理论极限分辨率0.2mm
• 20世纪20～30年代量子力学的发展（电子的波粒二相 性）
• 1931年，第一台电子显微镜诞生（TEM）（观察病毒 和纳晶的纳米世界）
• 1939年，德国西门子公司生产出第一批商业TEM
• 1942年，第一台实验室用SEM诞生
• 1965年，第一台商品SEM
• 1982年，第一台STM问世（标志着人类进入了人工操
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TEM——灯丝
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TEM——聚光镜
• 聚光镜用来会聚电子枪射 出的电子束，以最小的损 失照明样品，调节照明强 度、孔径角和束斑大小。 一般都采用双聚光镜系统， 如图5-14所示。第一聚光 镜是强激磁透镜，束斑缩 小率为10～50倍左右，将 电子枪第一交叉点束斑缩 小为1～5μm；而第二聚光 镜是弱激磁透镜，适焦时 放大倍数为2倍左右。结果 在样品平面上可获得2～ 10μm的照明电子束斑。
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TEM——透射电镜的结构
• 图5-11是透射电镜的 外观照片。
• 通常透射电镜由电子 光学系统、电源系统、 真空系统、循环冷却 系统和控制系统组成， 其中电子光学系统是 电镜的主要组成部分。
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• 图5-12是电子 光学系统的组 成部分示意图。 由图可见透射 电镜电子光学 系统是一种积 木式结构，上 面是照明系统、 中间是成像系 统、下面是观 察与记录系统。
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2020/11/28
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总述：
• 电子显微镜(简称电镜，EM)经过五十多年的 发展已成为现代科学技术中不可缺少的重 要工具。我国的电子显微学也有了长足的 进展。电子显微镜的创制者鲁斯卡(E.Ruska) 教授因而获得了1986年诺贝尔奖的物理奖。
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总述：
• 电子与物质相互作用会产生透射电子，弹 性散射电子，能量损失电子，二次电子， 背反射电子，吸收电子，X射线，俄歇电子， 阴极发光和电动力等等。电子显微镜就是 利用这些信息来对试样进行形貌观察、成 分分析和结构测定的。
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TEM——照明系统
• 照明系统主要由电子枪和聚光镜组成。 • 电子枪是发射电子的照明光源。 • 聚光镜是把电子枪发射出来的电子会聚而
成的交叉点进一步会聚后照射到样品上。 • 照明系统的作用就是提供一束亮度高、照
明孔径角小、平行度好、束流稳定的照明 源。
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TEM——电子枪
• 电子枪是透射电子显微镜的 电子源。
强度调整焦距
50～100nm超薄切片 具有支持膜载网
可见光 其中紫色光波长400nm
0.2μm（肉眼分辨0.2mm） 1000倍 玻璃透镜
空气、玻璃、油 改变物镜与样品之间距离
调焦 厚切片 载玻片
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总述：
Optical Microscope VS SEM
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总述：
The comparison picture of microscope and transmission electron microscope
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总述：
• 电子显微镜有很多类型，主要有透射电子 显微镜(简称透射电镜，TEM)和扫描电子显 微镜(简称扫描电镜，SEM)两大类。扫描透 射电子显微镜(简称扫描透射电镜，STEM)则 兼有两者的性能。
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总述——显微镜的发展历史
• 17世纪，光学显微镜（观察细菌和细胞的微米世界）
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TEM——从聚光镜到物镜
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TEM——成像系统
• 成像系统主要由物镜、中间镜和投影镜组成。
• （一）物镜
• 物镜是用来形成第一幅高分辨率电子显微图像或 电子衍射花样的透镜。透射电子显微镜分辨本领 的高低主要取决于物镜。因为物镜的任何缺陷都
被成像系统中其它透镜进一步放大。欲获得物镜 的高分辨率，必须尽可能降低像差。通常采用强 激磁，短焦距的物镜。
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总述：
The comparison picture of scanning electron microscope and transmission electron microscope
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主要内容：
• TEM——透射扫描电镜 • SEM——扫描电子显微镜 • STM——扫描遂道显微镜 • AFM——原子力显微镜 • ESEM——环境扫描电镜 • STEM——扫描透射电镜 • FESEM——场发射扫描电镜 • SEAM——扫描电声显微镜
• 常用的是热阴极三极电子枪， 它由发夹形钨丝阴极、栅极 帽和阳极组成，
• 图5-13（a）为电子枪的 自偏压回路，自偏压回路可 以起到限制和稳定束流的作 用。
• 图5-13（b）是电子枪结 构原理图。在阴极和阳极之 间的某一地点，电子束会集 成一个交叉点，这就是通常 所说的电子源。交叉点处电 子束直径约几十个微米。