高分辨电子显微实验报告

高分辨电子显微术实验报告

一、简述透射电镜(TEM)基本成像原理——衍射,衍衬,高分辨像；利用光学透镜的成像光路图，示意画出TEM 成像光路图。

个人陈述：其实投射电镜(TEM)的工作原理和光学显微镜的工作原理基本类似。二者不同的是用的成像工具不同，前者用电子束作为光源，用电磁透镜代替光学透镜汇聚电子束。根据De Broglie 关于电子也具有光子类似的波动的性质，可以得出电子的波长

︒-⨯+=+==A V V c m eV eV m h p h 2/162/12

/1200)

109778.01(26.12)]2/1(2[λλ 取电压为100KV 时，可以得出电子的波长为 A 0037.0，大约是可见光极限短波的

610-。根据Abbe 支出光学显微镜的分辨率本领受到光波衍射的限制，其分辨率极限为：

α

λsin 61.0n R =

由此可见要提高分辨率就要缩短光源的波长λ和增大数值孔径角αsin n 。数值孔径角的增幅是很有限的，所以必须采取波长短的光源来提高分辨率。从上边的分析可以看出，电子的波长是可见光波长的十万分之一，因此TEM 是一种高分辨率，高放大倍数的仪器。

电子衍射的原理：

当电子沿着一定方向射入试样后，在物质的电场作用下发生改变，发生所谓的弹性散射和非弹性散射。在弹性散射情况下，电子受原子集合体的散射后，各原子散射的电子波可相互干涉，使合成电子波的强度角分布受到调制，形成衍射。从衍射图的强度测量可得出原子相对位置的信息。如果衍射束的能量远远小于入射束的能量，就可运用一次散射近似理论。这时，衍射波振幅作为空间角分布的函数就是试样内部电场电势函数的傅里叶变换，观察到衬度与试样电势分布成比例的高分辨结构像，从而获得试样晶体结构及原子排列直观像的信息。

图1(利用光学透镜表示电子显微镜成像过程的光路图)

根据Abbe衍射成像理论，当一平行光束照射到一光栅上，除了投射束外，还会产生各级衍射谱。每一个振幅极大值都可以看做是次级震动中心，由这里发出的次级波在像平面上相干成像。也就是说，透镜的成像作用可以分成两个过程：第一个过程是平行光束经物的散射作用而分裂成各级衍射谱，即由物变成衍射普的过程；第二个过程是各级衍射谱经过干涉重新再想平面上聚焦成像，即由衍射谱重新变换到物的过程。这个原理完全使用于电子显微镜的物镜成像作用，晶体对电子束的作用就是三维的光栅。在电子显微镜中，物镜产生的一次方大像还要经过中间镜和投影镜的放大作用而在荧光屏上得到三次放大像。

图1是投射电镜的光路图。把孔径分成三部分：（1）试样前区，这里由电枪和聚光镜形成电子束。（2）试样区，这里发生复杂的多次散射。（3）试样后区，这里的透镜和光栏影响到最后的成像。试验中改变物镜光栏的大小位置，可得到不同的像。当使用小光栏只让某一束衍射束通过时，形成衍射衬像；当使用大光栏让多束通过时，形成晶格像或高分辨率像。具体在图2中a处的小光栏形成明场像；b处的小光栏使强投射束通过形成暗场像；c处大光栏形成高分辨率像。

二、示意画出硅(Si)单晶【110】，【100】，【111】晶带轴的零层倒易面。

三、示意画出硅(Si)单晶【110】，【100】，【111】方向的点阵投影图，原子投影图。

点阵投影图：

原子投影图：

报告人:谭文金

学号：MG1422023

专业：原子核物理

时间：2014年12月25日