第三章透射电子显微镜

二次电子
感应电导
试样
透射电子 电子与试样作用产生的信息
感应电导：当在试样上加一个电压时，试样中会产生电流， 在电子束的照射下，由于试样局部电导率发生变化，于是 试样中产生的电流有所变化，这就是感应电导（感应电动 势）。
荧光（阴极发光）：当入射电子与试样作用时，电子被电 离，高能级的电子向低能级跃迁并发出可见光称为荧光 （阴极发光）。可以作为光谱分析。
• 透射电子显微镜（TEM）正是这样一种能 够以原子尺度的分辨能力，同时提供物理 分析和化学分析所需全部功能的仪器。特 别是选区电子衍射技术的应用，使得微区 形貌与微区晶体结构分析结合起来，再配 以能谱或波谱进行微区成份分析，得到全 面的信息。
• TEM简介：transmission electron microscope
特征X射线：入射电子与试样作用，被入射电子激发的电 子空位由高能级的电子填充时，其能量以辐射的形式放出， 产生特征X射线。微区成分分析。
二次电子：入射电子射到试样以后，使表面物质发生电离， 被激发的电子离开试样表面而形成二次电子。二次电子能 量较低，强度与试样表面的几何形状、物理和化学性质有 关。
背散射电子：入射电子与试样作用，产生弹性或非弹性散 射离开试样表面的电子称为背散射电子。能量较高，强度 与表面形貌和组成元素有关。
电子显微技术简介
ห้องสมุดไป่ตู้
电子显微术：用电子光学仪器研究物质组织、结构、成份的 技术称为电子显微术。
设计
成分
新材料
合成
表征
性能
工艺
结构
Y2O3:Tb Hollow Microspheres Crystal Growth & Design, Vol. 9, No. 6, 2009 2945
一、透射电子显微镜
(3) 多功能分析装置：如附加电子能量分析仪 (electron analyzer，EA) 可鉴定微区域的 化学组成。
(4)场发射电子光源: 具有高亮度及契合性， 电子束可小至1 nm。除适用于微区域成份 分析外，更有潜力发展三度空间全像术 (holography)。
透射电镜的发展
➢ 1897 年，J. J. Thomson发现电子 ➢ 1912年，von Laue发现X光衍射现象 ➢ 1924年，de Broglie提出波粒二象性假说 ➢ 1926年，Busch发现了不均匀的磁场可以聚焦电子束 ➢ 1933年，柏林大学研制出第一台电镜（点分辨率达到50nm） ➢ 1939年，德国西门子公司生产出第一批商用透射电镜（点分辨率10nm） ➢ 1950年，开始生产高压电镜（点分辨率优于0.3nm，晶格条纹分辨率优
• 透射电子显微镜（简称透射电镜，TEM），可以以 几种不同的形式出现，如：
•
高分辨电镜（HRTEM）
•
透射扫描电镜（STEM）
•
分析型电镜（AEM）等等。
• 入射电子束（照明束）也有两种主要形式：
• 平行束：透射电镜成像及衍射 • 会聚束：扫描透射电镜成像、微分析及微衍射。
TEM的主要发展方向：
绪论 透射电镜的结构及应用 电子衍射 透射电子显微分析样品制备
绪论
现代科学技术的迅速发展，要求材料科学工作 者能够及时提供具有良好力学性能的结构材料及具 有各种物理化学性能的功能材料。而材料的性能往 往取决于它的微观结构及成分分布。因此，为了研 究新的材料或改善传统材料，必须以尽可能高的分 辨能力观测和分析材料在制备、加工及使用条件下 （包括相变过程中，外加应力及各种环境因素作用 下等）微观结构和微区成分的变化，并进而揭示材 料成分—工艺—微观结构—性能之间关系的规律， 建立和发展材料科学的基本理论。改炒菜式为合成 设计。
于0.14nm） ➢ 1956年，门特(Menter)发明了多束电子成像方法，开创了高分辨电子
显微术，获得原子象。
透射电镜的发展
➢ 试样制备技术改进 ➢ 透射电镜分辨率提高 ➢ 双聚光镜（漫射程度小、强度高、直径在微米的电子束） ➢ 晶体中缺陷电子衍射成像理论的发展 ➢ 试样在透射电镜中的处理如倾斜、旋转
俄歇电子(Auger Electron)：在入射电子束的作用下，试样 中原子某一层电子被激发，其空位由高能级的电子来填充， 使高能级的另一个电子电离，这种由于从高能级跃迁到低 能级而电离逸出试样表面的电子称为俄歇电子。元素具有 特征俄歇谱，轻元素和超轻元素分析。
吸收电子：入射电子和试样作用后，由于非弹性散射失去 了一部分能量而被试样吸收，称为吸收电子。吸收电子与 入射电子强度之比和试样的原子序数、入射电子的入射角、 试样的表面结构有关。
材料化学研究法
第三章:电子显微技术
➢ 透射电子显微镜（TEM） ➢ 扫描电子显微镜（SEM） ➢ X-射线能谱（EDS） ➢ 原子力显微镜（AFM） ➢ 扫描隧道显微镜（STM）
电子显微技术
电子显微镜 (electron microscope，EM) 一般是指 利用电磁场偏折、聚焦电子及电子与物质作用所产生 散射之原理来研究物质构造及微细结构的精密仪器。
电子显微最新定义为一项利用电子与物质作用所产 生之讯号来鉴定微区域晶体结构(crystal structure， CS) 、微细组织 (microstructure，MS) 、 化学成份 (chemical composition，CC) 、 化学键 (chemical bonding，CB) 和电子分布情况 (electronic structure， ES) 的电子光学装置。
(1) 高电压：增加电子穿透试样 的能力，可观察较厚、较具代 表性的试样，增加分辨率等， 目前已有数部 2-3 MeV 的 TEM在使用中。右图为200 keV TEM之外形图。
(2) 高 分 辨 率 ： 最 佳 解 像 能 力 为 点 与 点 间 0.18 nm、线与线间0.14nm。美国于1983年成立 国家电子显微镜中心，其中1000 keV之原子 分 辨 电 子 显 微 镜 (atomic resolution electron microscope，AREM) 其点与点间 之分辨率达0. 17nm，可直接观察晶体中的 原子。