TEM构成及操作(完整版)
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透射电镜分析技术
上海大学微结构重点实验室 上海大学分析测试中心
李强
材料的现代分析测试
学习内容
• TEM分析技术的基本原理。 • 样品制备 • TEM数据及图象的获得、分析和处理。 • 实践技能（设备现场操作实践） • 主要参考书：
1.分析电子显微学导论，戎咏华等，高等教育出版社，2006 • 2.金属电子显微分析，陈世朴，王永瑞合编，机械工业出版社，
材料的现代分析测试
电子显微镜的历史
• 1925年德布罗意提出微观粒子的波粒两重性假说，在 1927年由Thompson、Davisson和Germer的电子衍射实 验所证实，奠定了电子显微镜的理论基础。
• 1934年Knoll和Ruska发明了电子显微镜。 • 1939年西门子推出了世界上第一台商品电子显微镜。 • 1965年第一批商品化的扫描电子显微镜在英国问世。 • 我国1958年生产了第一台透射电子显微镜，1975年生
•形貌 •原子结构、 •电子结构、 •化学成分等信息。
材料的现代分析测试
半导体材料方面应用例子
600 kx 150 kx
8 kx
1.2 kx 材料的现代分析测试
金属材料方面应用例子
.8 µm
Ion polished commercial Al alloy
1 µm
Al-Cu metallization layer thinned on Si substrate
It also has a high level of automation and intelligence without limiting the full control that experienced users may want to have.
材料的现代分析测试
FEI公司的Titan™ G2 and Titan3™ G2 60-300
JEM-ARM300F
JEM-ARM200F
JEM-ARM200F（CFEG）
材料的现代分析测试
Hitachi TEMs
120kV H-7600
300kV HF3000 200kV hf2200
材料的现代分析测试
TECNAI G2 F20 automated TEM
Its advanced windows protocols and registry allow users to complete their research or analysis in a timely fashion
JEM－200CX
材料的现代分析测试
JEM－2010F
材料的现代分析测试
JEM－2100F
材料的现代分析测试
JEM-2200FS
材料的现代分析测试
球差校正
材料的现代分析测试
JEM-3000F
材料的现代分析测试
JEM-1250
材料的现代分析测试
球差校正, 透射像分辨率：0.05 nm 扫描透射图像分辨率: 0.063 nm
使用性能 （与环境有关）
性能 （自身具备）
现代测试仪器的发展
材料的现代分析测试
• 材料研究的基本任务就是根据材料实际使用所 需的性能来设计成分和工艺，以获得理想的微 观组织，从而达到预期的性能。在上述材料的 研究链中，材料的微观组织直接决定了材料的 性能，因此根据材料的微观组织，我们就能分 析和判断材料的性能好坏；同时，材料的微观 组织取决于成分和工艺，因此根据材料的微观 组织能分析和判断成分和工艺设计是否合理。 所以，材料微观组织的表征，包括材料的微区 成分、点阵结构和组织形貌的分析极为重要。 TEM具备综合的优势，是现代材料科学研究的重 要工具。
材料的现代分析测试
Zeiss LIBRA EFTEM
Aberration corrected Energy Filtered TEM 球差校正能量过滤透射电镜
The LIBRA® 200FE is the first EFTEM that combines the versatility of the new In-column corrected OMEGA energy filter with a highly efficient field emission system and Koehler illumination.
强度
12000
9000
6000
3000
非晶碳 石墨 金刚石
0
270
300
330
360
390
420
能量损失 (eV)
材料的现代分析测试
材料的现代分析测试
材料科学与工程的研究内容以及 相互间的关系-显微分析的重要性
材料成分（体系）
现代制造工艺 设备的发展
制造工艺
显微结构
现代分析仪 器的发展
产了第一台扫描电子显微镜。
材料的现代分析测试
电子显微镜首先在医学生物上得到应用，随 后用于金属材料研究。1949年海登莱西 （Heidenreich）第一个用透射电镜观察了用电 解减薄的铝试样；50年代开始，电镜直接观察 到位错层错等以前只能在理论上描述的物理现 象；1970年日本学者首次用透射电镜直接观察 到重金属金的原子近程有序排列，实现了人类 直接观察原子的夙愿。
材料的现代分析测试
生命科学方面 应用
肌病变线粒体
材料的现代分析测试
结构分析-电子衍射
220 111
000 002
[110] direction reciprocal lattice for f.c.c. structure
材料的现代分析测试
Leabharlann Baidu
能谱分析例子
材料的现代分析测试
电子能量损失谱——化学成分和精细的电子 结构
1982 • 3.材料评价的分析电子显微方法，进藤 大辅，及川 哲夫合著，
刘安生译，冶金工业出版社,2001 • 4.材料现代分析方法，左演生等主编，北京工业大学出版社，
2000
材料的现代分析测试
• 用途 • 发展 • 电镜大观
概述
材料的现代分析测试
材料的现代分析测试
透射电镜的材料研究领域
实际上是高能电子与物质的相互作用，利用各种 手段探测与物质作用的电子的各种特征以及其激 发的其它信号（如X射线），从而能帮助我们获取 物质微观（甚至原子尺度）的信息。
材料的现代分析测试
电镜发展
成像与变倍
选区电子衍射
衍衬成像（明场像，中心暗
场像，弱束暗场像）
高分辨成像（相位衬度）
会聚束电子
衍射（包括微/纳米衍射）
X射线能谱和电子能量损失谱成分分析和
成像
高分辨原子序数衬度（Z衬度）成像
负球差系数成
像
全息成像等。
材料的现代分析测试
材料的现代分析测试
材料的现代分析测试
上海大学微结构重点实验室 上海大学分析测试中心
李强
材料的现代分析测试
学习内容
• TEM分析技术的基本原理。 • 样品制备 • TEM数据及图象的获得、分析和处理。 • 实践技能（设备现场操作实践） • 主要参考书：
1.分析电子显微学导论，戎咏华等，高等教育出版社，2006 • 2.金属电子显微分析，陈世朴，王永瑞合编，机械工业出版社，
材料的现代分析测试
电子显微镜的历史
• 1925年德布罗意提出微观粒子的波粒两重性假说，在 1927年由Thompson、Davisson和Germer的电子衍射实 验所证实，奠定了电子显微镜的理论基础。
• 1934年Knoll和Ruska发明了电子显微镜。 • 1939年西门子推出了世界上第一台商品电子显微镜。 • 1965年第一批商品化的扫描电子显微镜在英国问世。 • 我国1958年生产了第一台透射电子显微镜，1975年生
•形貌 •原子结构、 •电子结构、 •化学成分等信息。
材料的现代分析测试
半导体材料方面应用例子
600 kx 150 kx
8 kx
1.2 kx 材料的现代分析测试
金属材料方面应用例子
.8 µm
Ion polished commercial Al alloy
1 µm
Al-Cu metallization layer thinned on Si substrate
It also has a high level of automation and intelligence without limiting the full control that experienced users may want to have.
材料的现代分析测试
FEI公司的Titan™ G2 and Titan3™ G2 60-300
JEM-ARM300F
JEM-ARM200F
JEM-ARM200F（CFEG）
材料的现代分析测试
Hitachi TEMs
120kV H-7600
300kV HF3000 200kV hf2200
材料的现代分析测试
TECNAI G2 F20 automated TEM
Its advanced windows protocols and registry allow users to complete their research or analysis in a timely fashion
JEM－200CX
材料的现代分析测试
JEM－2010F
材料的现代分析测试
JEM－2100F
材料的现代分析测试
JEM-2200FS
材料的现代分析测试
球差校正
材料的现代分析测试
JEM-3000F
材料的现代分析测试
JEM-1250
材料的现代分析测试
球差校正, 透射像分辨率：0.05 nm 扫描透射图像分辨率: 0.063 nm
使用性能 （与环境有关）
性能 （自身具备）
现代测试仪器的发展
材料的现代分析测试
• 材料研究的基本任务就是根据材料实际使用所 需的性能来设计成分和工艺，以获得理想的微 观组织，从而达到预期的性能。在上述材料的 研究链中，材料的微观组织直接决定了材料的 性能，因此根据材料的微观组织，我们就能分 析和判断材料的性能好坏；同时，材料的微观 组织取决于成分和工艺，因此根据材料的微观 组织能分析和判断成分和工艺设计是否合理。 所以，材料微观组织的表征，包括材料的微区 成分、点阵结构和组织形貌的分析极为重要。 TEM具备综合的优势，是现代材料科学研究的重 要工具。
材料的现代分析测试
Zeiss LIBRA EFTEM
Aberration corrected Energy Filtered TEM 球差校正能量过滤透射电镜
The LIBRA® 200FE is the first EFTEM that combines the versatility of the new In-column corrected OMEGA energy filter with a highly efficient field emission system and Koehler illumination.
强度
12000
9000
6000
3000
非晶碳 石墨 金刚石
0
270
300
330
360
390
420
能量损失 (eV)
材料的现代分析测试
材料的现代分析测试
材料科学与工程的研究内容以及 相互间的关系-显微分析的重要性
材料成分（体系）
现代制造工艺 设备的发展
制造工艺
显微结构
现代分析仪 器的发展
产了第一台扫描电子显微镜。
材料的现代分析测试
电子显微镜首先在医学生物上得到应用，随 后用于金属材料研究。1949年海登莱西 （Heidenreich）第一个用透射电镜观察了用电 解减薄的铝试样；50年代开始，电镜直接观察 到位错层错等以前只能在理论上描述的物理现 象；1970年日本学者首次用透射电镜直接观察 到重金属金的原子近程有序排列，实现了人类 直接观察原子的夙愿。
材料的现代分析测试
生命科学方面 应用
肌病变线粒体
材料的现代分析测试
结构分析-电子衍射
220 111
000 002
[110] direction reciprocal lattice for f.c.c. structure
材料的现代分析测试
Leabharlann Baidu
能谱分析例子
材料的现代分析测试
电子能量损失谱——化学成分和精细的电子 结构
1982 • 3.材料评价的分析电子显微方法，进藤 大辅，及川 哲夫合著，
刘安生译，冶金工业出版社,2001 • 4.材料现代分析方法，左演生等主编，北京工业大学出版社，
2000
材料的现代分析测试
• 用途 • 发展 • 电镜大观
概述
材料的现代分析测试
材料的现代分析测试
透射电镜的材料研究领域
实际上是高能电子与物质的相互作用，利用各种 手段探测与物质作用的电子的各种特征以及其激 发的其它信号（如X射线），从而能帮助我们获取 物质微观（甚至原子尺度）的信息。
材料的现代分析测试
电镜发展
成像与变倍
选区电子衍射
衍衬成像（明场像，中心暗
场像，弱束暗场像）
高分辨成像（相位衬度）
会聚束电子
衍射（包括微/纳米衍射）
X射线能谱和电子能量损失谱成分分析和
成像
高分辨原子序数衬度（Z衬度）成像
负球差系数成
像
全息成像等。
材料的现代分析测试
材料的现代分析测试
材料的现代分析测试