高分辨透射电子显微术
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分辨率10nm） 1950年 ，开始生产高压电镜（点分辨率优于0.3nm，晶格
条纹分辨率由于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。
高分辨透射电子显微术
透射像（TEM）的种类和特点
利用显微镜观察的目的————衬度的差异 质厚像（不同质量物质吸收电子能力不同形成衬度像） 衍衬像（满足布拉格衍射程度不同形成的衬度像）
高分辨透射电子显微术
阿贝成像原理: 物是一系列不同空间频率的集合，入射光经 物平面发生夫琅和费衍射，在透镜焦面（频谱面）上形成一 系列衍射光斑，各衍射光斑发出的球面次波在相面上相干叠 加，形成像。
阿贝成像原理将成像过程分为两步:
第一步“分频”； 第二步“合成”.
由阿贝的观点来看，许多成像光学仪器就是一个低通滤波器， 物平面包含从低频到高频的信息，透镜口径限制了高频信息 通过，只许一定的低频通过,因此,丢失了高频信息的光束再 合成，图象的细节变模糊。孔径越大，丢失的信息越少，图 象越清晰。
高分辨透射电子显微术
阿贝成像原理
成像系统光路图如图所示。 当来自照明系统的平行电子束投射
到晶体样品上后，除产生透射束外 还会产生各级衍射束，经物镜聚焦 后在物镜背焦面上产生各级衍射振 幅的极大值。 每一振幅极大值都可看作是次级相 干波源，由它们发出的波在像平面 上相干成像，这就是阿贝光栅成像 原理。
高分辨显微像（HREM）：属于相位衬度像。 高分辨显微像实质：是透射束和衍射束干涉形成的衬度，反
映了晶体的周期性排列。 高分辨显微像分：晶格像（或条纹像）和结构像（或原子像） 高分辨显微像（HREM）/STEM的明场像（BF）和暗场像
（DF）是干涉像。
高分辨透射电子显微术
电镜自1932年问世以来，经过半个世纪的发展，不但作为显 微镜主要指标的分辨本领已由10nm (1939年第一台商用透射 电镜)提高到0.1-0.3nm，可以直接分辨原子，并且还能进行 纳米尺度的晶体结构及化学组成的分析，成为全面评价固体 微观特征的综合性仪器。
高分辨透射电子显微术
Yi d
高分辨显微像成像原理图
高分辨显微像（HREM）的实质是透射束和衍射束干涉形成
的衬度，反映了晶体的周期性排列同一
同 一
透镜的作用...
个
个
波
空
矢
间
量
点
高分辨透射电子显微术
百度文库
透射电镜的基本原理
yi
高分辨透射电子显微术
透镜的成像作用可以分为两个过程： 第一个过程是平行电子束遭到物的散射作用而分裂成为各级 衍射谱，即由物变换到衍射的过程； 第二个过程是各级衍射谱经过干涉重新在像平面上会聚成诸 像点，即由衍射重新变换到物(像是放大了的物)的过程。 晶体对于电子束就是一个三围光栅。
高分辨透射电子显微术
衍射衬度像（衍衬像）Diffracted Image
Yi
高分辨透射电子显微术
衍射衬度像（衍衬像）成像原理图
Yi
高分辨透射电子显微术
阿贝成像原理
yi
A
B
C
透 镜
透镜成像有两个观点:
频 谱 面
f
像 面
C
B A
几何光学：自物点Ａ，Ｂ，Ｃ发出的球面波,经透镜折 射后,各自会聚到它们的像点Ａ,Ｂ,Ｃ.
加速电压为100kV或高于100kV的透射电镜(或扫描透射电镜)， 只要其分辨本领足够的高，在适当的条件下，就可以得到结 构像或单原子像。
从用100kV、500kV和1000kV电镜所观察到的原子排列很接近 理论预言的情况，也和X射线、电子衍射分析结果相近。
高分辨透射电子显微术
Yi 图4.86 硅高[1分1辨0透]射晶电子向显微的术 结构像
对于厚样品来说，质厚衬度是主要的；对于薄样品来说， 位相衬度则占主导地位。
以位相衬度形成的单原子像或结构像的观测标志着电镜已 得到了重大发展。
高分辨透射电子显微术
电镜在材料科学中的应用可以说是经历了三个高潮： 1）50-60年代的薄晶体中位错等晶体缺陷的衍衬像的观察； 2）70年代极薄晶体的高分辨结构像及原子像的观察； 3）80年代兴起的分析电镜的对纳米区域的固体材料，用X射 线能谱或电子能量损失谱进行成分分析及用微束电子衍射进 行结构分析。
高分辨透射电子显微术
如图4.87是一个行波图，本应为T波，现在变成了I波，两者之间的位相角 差一个△φ，但两者的振幅应相当或近似相等，只是差一个散射波S，它 和I波的位相差π/2，在无像差的理想透镜中，S波和I波在像平面上，可 以无像差的再迭加成像，所得结果振幅和T一样，我们不会看到振幅的差 别，如图4.88(a)。
在此期间，人们还致力于发展超高压电镜、扫描 透射电镜、环境电镜以及电镜的部件和附件等， 以扩大电子显微分析的应用范围和提高其综合分 析能力。
高分辨透射电子显微术
高分辨电镜可用来观察晶体的点阵像或单原子像等所谓的高 分辨像。这种高分辨像直接给出晶体结构在电子束方向上的 投影，因此又称为结构像(图4-86)。
结构像的衬度—位相衬度 在SEM质厚衬度成像时，一般是用物镜光阑挡掉散射光束，
使透射束产生衬度。 但在极薄(如60nm)样品条件下或观察单个原子时，它们不同
部位的散射差别很小，或者说样品各点散射后的电子差不多 都通过所设计的光阑，这时就看不到样品各部位电子透过的 数目差别，即看不到质厚衬度。 但在这时，散射后的电子其能量会有10－20eV的变化，这相 当于光束波长的改变，从而产生位相差别。
第十二章 高分辨透射电子显微术
（High-Resolution Transmission Electron Microscopy）
高分辨透射电子显微术
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
图4.87 行波图
高分辨透射电子显微术
但如果使 S 波改变的位相，那么如图4.88(b)所示，就会 看到振幅 I + S 与T 的不同，这种形成的衬度就叫做位 相衬度。在透射电镜中，球差和欠焦都可以使S波的位相
改变，从而形成位相衬度。
图4.88 复振幅图
高分辨透射电子显微术
实际上，透射电镜的像衬度，一般来说是质厚衬度和位相 衬度综合的结果。
条纹分辨率由于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。
高分辨透射电子显微术
透射像（TEM）的种类和特点
利用显微镜观察的目的————衬度的差异 质厚像（不同质量物质吸收电子能力不同形成衬度像） 衍衬像（满足布拉格衍射程度不同形成的衬度像）
高分辨透射电子显微术
阿贝成像原理: 物是一系列不同空间频率的集合，入射光经 物平面发生夫琅和费衍射，在透镜焦面（频谱面）上形成一 系列衍射光斑，各衍射光斑发出的球面次波在相面上相干叠 加，形成像。
阿贝成像原理将成像过程分为两步:
第一步“分频”； 第二步“合成”.
由阿贝的观点来看，许多成像光学仪器就是一个低通滤波器， 物平面包含从低频到高频的信息，透镜口径限制了高频信息 通过，只许一定的低频通过,因此,丢失了高频信息的光束再 合成，图象的细节变模糊。孔径越大，丢失的信息越少，图 象越清晰。
高分辨透射电子显微术
阿贝成像原理
成像系统光路图如图所示。 当来自照明系统的平行电子束投射
到晶体样品上后，除产生透射束外 还会产生各级衍射束，经物镜聚焦 后在物镜背焦面上产生各级衍射振 幅的极大值。 每一振幅极大值都可看作是次级相 干波源，由它们发出的波在像平面 上相干成像，这就是阿贝光栅成像 原理。
高分辨显微像（HREM）：属于相位衬度像。 高分辨显微像实质：是透射束和衍射束干涉形成的衬度，反
映了晶体的周期性排列。 高分辨显微像分：晶格像（或条纹像）和结构像（或原子像） 高分辨显微像（HREM）/STEM的明场像（BF）和暗场像
（DF）是干涉像。
高分辨透射电子显微术
电镜自1932年问世以来，经过半个世纪的发展，不但作为显 微镜主要指标的分辨本领已由10nm (1939年第一台商用透射 电镜)提高到0.1-0.3nm，可以直接分辨原子，并且还能进行 纳米尺度的晶体结构及化学组成的分析，成为全面评价固体 微观特征的综合性仪器。
高分辨透射电子显微术
Yi d
高分辨显微像成像原理图
高分辨显微像（HREM）的实质是透射束和衍射束干涉形成
的衬度，反映了晶体的周期性排列同一
同 一
透镜的作用...
个
个
波
空
矢
间
量
点
高分辨透射电子显微术
百度文库
透射电镜的基本原理
yi
高分辨透射电子显微术
透镜的成像作用可以分为两个过程： 第一个过程是平行电子束遭到物的散射作用而分裂成为各级 衍射谱，即由物变换到衍射的过程； 第二个过程是各级衍射谱经过干涉重新在像平面上会聚成诸 像点，即由衍射重新变换到物(像是放大了的物)的过程。 晶体对于电子束就是一个三围光栅。
高分辨透射电子显微术
衍射衬度像（衍衬像）Diffracted Image
Yi
高分辨透射电子显微术
衍射衬度像（衍衬像）成像原理图
Yi
高分辨透射电子显微术
阿贝成像原理
yi
A
B
C
透 镜
透镜成像有两个观点:
频 谱 面
f
像 面
C
B A
几何光学：自物点Ａ，Ｂ，Ｃ发出的球面波,经透镜折 射后,各自会聚到它们的像点Ａ,Ｂ,Ｃ.
加速电压为100kV或高于100kV的透射电镜(或扫描透射电镜)， 只要其分辨本领足够的高，在适当的条件下，就可以得到结 构像或单原子像。
从用100kV、500kV和1000kV电镜所观察到的原子排列很接近 理论预言的情况，也和X射线、电子衍射分析结果相近。
高分辨透射电子显微术
Yi 图4.86 硅高[1分1辨0透]射晶电子向显微的术 结构像
对于厚样品来说，质厚衬度是主要的；对于薄样品来说， 位相衬度则占主导地位。
以位相衬度形成的单原子像或结构像的观测标志着电镜已 得到了重大发展。
高分辨透射电子显微术
电镜在材料科学中的应用可以说是经历了三个高潮： 1）50-60年代的薄晶体中位错等晶体缺陷的衍衬像的观察； 2）70年代极薄晶体的高分辨结构像及原子像的观察； 3）80年代兴起的分析电镜的对纳米区域的固体材料，用X射 线能谱或电子能量损失谱进行成分分析及用微束电子衍射进 行结构分析。
高分辨透射电子显微术
如图4.87是一个行波图，本应为T波，现在变成了I波，两者之间的位相角 差一个△φ，但两者的振幅应相当或近似相等，只是差一个散射波S，它 和I波的位相差π/2，在无像差的理想透镜中，S波和I波在像平面上，可 以无像差的再迭加成像，所得结果振幅和T一样，我们不会看到振幅的差 别，如图4.88(a)。
在此期间，人们还致力于发展超高压电镜、扫描 透射电镜、环境电镜以及电镜的部件和附件等， 以扩大电子显微分析的应用范围和提高其综合分 析能力。
高分辨透射电子显微术
高分辨电镜可用来观察晶体的点阵像或单原子像等所谓的高 分辨像。这种高分辨像直接给出晶体结构在电子束方向上的 投影，因此又称为结构像(图4-86)。
结构像的衬度—位相衬度 在SEM质厚衬度成像时，一般是用物镜光阑挡掉散射光束，
使透射束产生衬度。 但在极薄(如60nm)样品条件下或观察单个原子时，它们不同
部位的散射差别很小，或者说样品各点散射后的电子差不多 都通过所设计的光阑，这时就看不到样品各部位电子透过的 数目差别，即看不到质厚衬度。 但在这时，散射后的电子其能量会有10－20eV的变化，这相 当于光束波长的改变，从而产生位相差别。
第十二章 高分辨透射电子显微术
（High-Resolution Transmission Electron Microscopy）
高分辨透射电子显微术
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
图4.87 行波图
高分辨透射电子显微术
但如果使 S 波改变的位相，那么如图4.88(b)所示，就会 看到振幅 I + S 与T 的不同，这种形成的衬度就叫做位 相衬度。在透射电镜中，球差和欠焦都可以使S波的位相
改变，从而形成位相衬度。
图4.88 复振幅图
高分辨透射电子显微术
实际上，透射电镜的像衬度，一般来说是质厚衬度和位相 衬度综合的结果。