电子能量损失谱人原理及其应用(精品资源)

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
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
和其它谱仪的比较—由收集原子中电子跃迁信号提
内置Ω型 JEM2010FEF
Energy dispersion
内置Ω型 JEM2010FEF
X orbit (the plane perpendicular to the magnetic field)
Y orbit (the plane parallel to the magnetic field)
电子能量损失谱原理与应用
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
电子与物质交互作用
弹性散射与非弹性散射
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
三种模式的光路图
虚线表示沿着β角的束散射
三种模式采集EELS谱时的参数考虑
电子能量损失谱的谱图、 谱图处理及应用
电子能量损失与动量转换
q = K0 – K 在E很小时，近似可得 q2 = K02(θ2+ θE2) θE 是一表征能量损失的特征角
TEM Diff mode: Screen: “diff. pattern” 投影镜后焦面 “image” image coupling 谱仪的物 “image”
电子能量损失谱仪的一些重要参数
谱仪的一些重要参数－色散度
dispersion: dx/dE 色散度 x: 色散面上的空间坐标 E: 电子能量
激发，损失能量小于0.1eV 零损失峰的半高宽表征谱仪的能量分
辨率 零损失峰可用作于：
谱仪的调整 定量分析
低能损失范围谱图
低能损失－等离子损失峰（plasmons)
等离子损失峰：入射电子与导体或半导体样品中的自 由电子气交互作用，使电子气振荡.
入射电子损失能量（等离子振荡能量）
EP = hωP = h (ne2/ε0m)1/2 n: 自由电子气的局域态密度 可利用上式测定样品的浓度
随损失能量增加，能量分辨率变差
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
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
Spatial resolution
取决于采集谱时，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
采用对测量的信号解卷的方法，消除点扩展函数的 影响
谱仪的一些重要参数－谱仪接收角β
STEM: β = d/2h
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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
谱仪的一些重要参数－空间分辨率
入射束具能量E0，波矢K0，散射角θ 损失能量为E，损失能量后，波矢为K 样品的动量转换 q
Al的谱图
1：零损失峰和phonons 损失
2：等离子振荡和带间跃 迁损失
3：离子化过程损失 4：本底
零损失峰
零损失峰不包含样品信息 入射电子与样品未发生交互作用 入射电子与样品发生弹性交互作用 （但不包括大散射角的Bragg衍射） 入射电子造成样品中原子振动，声子
电子显微镜/电子能量损失谱仪组合
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？
两种类型的TEM-EELS结构
内置Ω型 外置（后置）谱仪型
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
谱仪的一些重要参数－能量分辨率
energy resolution ΔE：能量分辨率
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
内置Ω型 JEM2010FEF
GATAN – PEELS 外（后）置系统
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”
Al样品的不同厚度 的等离子损失峰
在电子显微镜中需同时考虑体等离子振荡（纵向电荷 密度波）和表面等离子振荡（横向电荷密度波）
用Fourier-ratio反卷积的方法校正低能损失范围的 多重散射效应。（高能损失部分，在扣除本底后，用 Fourier-ratio方法加以校正）
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 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