电子显微镜术

透射电镜图象
扫描电镜图象
图片
一、基本概念
分辨率：分辨两点间最小距离的 能力
光镜的分辨率局限在0.2μ，是因 为光的衍射。
光具有波动性和粒子性。衍射是 因光的波动性而出现的一种物理现象。
衍射：光波在传播时，如果通过 一个大小近于或小于波长的孔， 则以孔为中心，形成环形波向前 传播。
光的衍射
电磁透镜4
电子在极靴孔中先受向外
或向内的力，后受轴向的力，
所以电子的运动是绕轴旋转的，
同时向轴折射汇聚成象。因此
通过电磁透镜的电子总是汇聚
电 子 在 极
靴
中
的，而且像不仅能颠倒，还能
的 运 动
旋转（电流的方向大小可以改
变像的角度）。
四、透射电镜的结构
电子光学系统 真空系统
照明系统 样品室
成象系统 机械泵 油泵
0. 612 l n s ina
α为孔径角(光线入射角的一半)，sinα<1， n为物镜与物之间介质的折射率，λ为入射光的 波长。
为了减小d，我们用油镜， n = 1.5,
sinα=0.87（最大的孔径角接近90º），此时
d
l
2
二、电子显微镜的产生基础
1．根据法国de Broglie的理论，运动电 子具有波动性，我们可以将其同光一样， 作显微镜的光源，结合经典量子理论， 我们可计算出运动粒子的波长：
根据这两个原理制 成了电磁透镜。
电磁 透镜
三、电磁透镜的结构
电磁透镜是电镜的核 心，它可以象光学透镜那 样工作。
螺旋缠绕的通 电短线圈可以 产生轴对称磁 场，但这样的 磁场延伸的很 广，是一个沿 轴的柱形，且 中心强度最大。
电磁透镜1
除内壁外， 将线圈周 围用软铁 包裹，就 可产生较 强的并较 局限的磁 场。
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安全象只弓，不拉它就松，要想保安 全，常 把弓弦 绷。20. 10.2203 :06:280 3:06Oc t-2022- Oct-20
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加强交通建设管理，确保工程建设质 量。03:06:2803 :06:280 3:06Th ursday , October 22, 2020
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安全在于心细，事故出在麻痹。20.10. 2220.1 0.2203:06:2803 :06:28 October 22, 2020
晚上好
电子显微镜术
赵翔 细胞生物
电子显微镜术
（electron microscopy）
是指利用电子与样品 作用时所发出的信息，对样 品进行微区观察和分析的一 种方法学。
最常见的电子显微镜：
透射电镜（Transmission electron microscope, TEM）
扫描电镜（Scanning electron microscope, SEM）
衡量真空度的单位是Torr
(乇，音“托”)， 即毫米汞柱
（1Torr＝1mm Hg）。
电镜工作的真空要求在10－4
～10－6Torr。 一般电镜有二级
真空泵，前级是机械泵（10－2
Torr），后级是油扩散泵（10－5
衡 量 单
Biblioteka Baidu
位
Torr）。
（三）、供电系统
电镜各部分对电压电流的要求不 同。例如，电子枪需高压（25KV ～125KV可调），但电流很小（ 几十微安）； 电磁透镜所需的电 压不高，但电流相对较高（安培 级）。 无论哪一部分对供电系统 的要求有一共同点，就是稳定， 这样才能保证成象清晰。
最小分辨距离 d =
0. 612 l n s ina
α为孔径角(光线入射角的一半)，sinα<1， n为物镜与物之间介质的折射率，λ为入射光的 波长。
可见光的波长是400nm－800nm。
为了减小d，我们用油镜， n = 1.5, sinα=0.87（最大的孔径角接近90º），此时
d
l
2
αa
最小分辨距离 d =
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作业标准记得牢，驾轻就熟除烦恼。2 020年1 0月22 日星期 四3时6 分28秒0 3:06:28 22 October 2020
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好的事情马上就会到来，一切都是最 好的安 排。上 午3时6 分28秒 上午3时 6分03:06:2820 .10.22
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一马当先，全员举绩，梅开二度，业 绩保底 。20.10. 2220.1 0.2203:0603:06 :2803:0 6:28Oc t-20
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追求至善凭技术开拓市场，凭管理增 创效益 ，凭服 务树立 形象。2 020年1 0月22 日星期 四上午3 时6分2 8秒03:06:2820 .10.22
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严格把控质量关，让生产更加有保障 。2020 年10月 上午3时 6分20. 10.2203 :06October 22, 2020
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安全在于心细，事故出在麻痹。20.10. 2220.1 0.2203:06:2803 :06:28 October 22, 2020
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踏实肯干，努力奋斗。2020年10月22 日上午3 时6分2 0.10.22 20.10.2 2
(五)、真空系统和供电系统
照相机
扫描发生器
探测器
放大系统
(四)、显示系统
放大系统和显示系统包括：放大电路和显 示器及相机
入射电子束在样品扫描时，每一点产生的信号 就在荧光屏或底片上同一位置显示出这一信号 （严格一一对应）。因此，入射电子扫描的范 围决定像的放大倍数。即荧光屏的边长与入射 电子在样品上扫描的边长之比即放大倍数。 显示系统的终端即显示器接在显象管和相机上。
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牢记安全之责，善谋安全之策，力务 安全之 实。202 0年10 月22日 星期四3 时6分2 8秒Th ursday , October 22, 2020
二次电子的收集是由二次电子探 系统来完成的。
入射电子
非弹性 散射电子
扫描电镜电子信号
可见光（光子） 二次电子
弹性散射电子
N
二次电子
X－射线
非弹性散射电子
透射电子
(三)、信号探测系统
1．信号的产生: 电子束打在样品上，实际上是电 子束与样品间相互作用，产生多种信号 。
2．信号的收集：一般扫描电镜主要观察样品表 面的形态，使用二次电子信号。二次电子的 能量很低(50eV)，只能从表面几nm厚的样品 表面发出。我们可以较容易的把二次电子信 号同其它信号分开。
电磁透镜2
如果线圈内部也 裹上软铁，只在 内部留一个小园 孔，得到一个非 常集中而且轴很 短的磁场。用这 种线圈作的透镜 焦距长。
电磁透镜3
要提高放大倍数，缩短透镜 焦距，就需减小线圈直径， 这就会最终导致线圈过热。 这一问题可用在小园孔上下 各加一圆锥形，有轴孔的软 铁片来解决。这两个软铁片 叫极靴，做工很精细，两极 靴顶端的距离和园孔的直径 均为几毫米。线圈加电流后， 极靴间形成一强的范围很窄 的轴对称磁场。这种磁场起 着电子透镜的作用。
l=
h mv
λ＝粒子的波长； h＝Planck常数； m＝粒 子的质量； v＝粒子的速度。
考虑到高速电子运动时的质量变化(用 相对论进行修正)，可得到公式：
l ＝ 1.23
V
将λ代人d的计算公式，若所用电压为 60kv，则d≈0.24nm。
修正
公式
2．德国科学家 Busch 证明： 轴对称电磁场可以象凸透镜 汇聚光波成象那样聚焦运动 的电子束并使其成象。
２．聚光镜：扫描电镜的聚光镜的结构与透 射电镜的类似，它们都是强磁透镜，有很 强的聚焦能力，两级或三级透镜可将电子 束聚成直径在1nm以下的光斑，打在 样品上。末级透镜又叫物镜，
照相机
扫描发生器
探测器
放大系统
(二)、图象转换系统
１．扫描系统 ：要使电子束在样品上扫描，可加两对 电场适当的偏转线圈。
五、扫描电镜的结构
电子光学系统
照明系统 样品室
电子枪 聚光镜
扫描系统
图象转换系统 信号探测系统 信号放大系统
信号显示系统
真空系统 供电系统
机械泵 油泵
照相机
扫描发生器
探测器
放大系统
(一)、电子光学系统
１．电子枪：扫描电镜的分辨率是由电子束 在样品上扫描时的直径决定的。电子束交 叉点的直径约50μ以下，因此必需将其缩小， 才能观察到很小的样品。
二次电子的收集是由二次电子探 系统来完成的。
入射电子
二次电子探测器
闪 烁 体 （1 0 KV）
放大器
光电 聚焦极 倍增管 （2 5 0 V）
(四)、显示系统
放大系统和显示系统包括：放大电路和显 示器及相机
入射电子束在样品扫描时，每一点产生的信号 就在荧光屏或底片上同一位置显示出这一信号 （严格一一对应）。因此，入射电子扫描的范 围决定像的放大倍数。即荧光屏的边长与入射 电子在样品上扫描的边长之比即放大倍数。 显示系统的终端即显示器接在显象管和相机上。
(五)、真空系统和供电系统
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树立质量法制观念、提高全员质量意 识。20. 10.2220 .10.22 Thursday , October 22, 2020
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人生得意须尽欢，莫使金樽空对月。0 3:06:28 03:06:2 803:06 10/22/2 020 3:06:28 AM
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安全象只弓，不拉它就松，要想保安 全，常 把弓弦 绷。20. 10.2203 :06:280 3:06Oc t-2022- Oct-20
电子运动方向 偏转 方向
磁场方向
在里外加一对线圈，也加上锯齿形电流， 则电子束沿左右运动。两对偏转线圈共 同作用，可使电子束在样品上前后左右 扫描。
(三)、信号探测系统
1．信号的产生: 电子束打在样品上，实际上是电 子束与样品间相互作用，产生多种信号 。
2．信号的收集：一般扫描电镜主要观察样品表 面的形态，使用二次电子信号。二次电子的 能量很低(50eV)，只能从表面几nm厚的样品 表面发出。我们可以较容易的把二次电子信 号同其它信号分开。
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踏实肯干，努力奋斗。2020年10月22 日上午3 时6分2 0.10.22 20.10.2 2
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追求至善凭技术开拓市场，凭管理增 创效益 ，凭服 务树立 形象。2 020年1 0月22 日星期 四上午3 时6分2 8秒03:06:2820 .10.22
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严格把控质量关，让生产更加有保障 。2020 年10月 上午3时 6分20. 10.2203 :06October 22, 2020
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相信相信得力量。20.10.222020年10月 22日星 期四3 时6分28 秒20.1 0.22
谢谢大家！
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树立质量法制观念、提高全员质量意 识。20. 10.2220 .10.22 Thursday , October 22, 2020
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人生得意须尽欢，莫使金樽空对月。0 3:06:28 03:06:2 803:06 10/22/2 020 3:06:28 AM
电子枪 聚光镜
物镜 中间镜 投影镜
供电系统
(一)、电子光学系统
照明系统包括 电子枪 聚光镜
成象系统包括
物镜 中间镜 投影镜
电子枪由 三 部 分组成：阴极 （灯丝，f）、 栅极(控制极,s) 和阳极(a)。
(一)、电子光学系统
照明系统包括 电子枪 聚光镜
成象系统包括
物镜 中间镜 投影镜
聚光镜的作用是将从 电子枪发出的电子聚焦到 样品上，以得到好的照明 效果。
物镜是第一级放大电 磁透镜，位于样品室下。 它的好坏的电镜的分辨率 起决定性作用，是评价电 镜好坏的重要指标。
中间镜的结构与物镜 类似。用来放大的电磁透 镜。调节其电流可使像连 续放大。它的调节范围很 大，一般在一千倍到几十 万倍。
物镜和中间镜
（二）、真空系统
电子显微镜中，电子从电子枪 发出通过样品到达荧光屏的整个 路程应该不与空气分子碰撞，这 就要求镜筒中具有高真空。镜筒 的高真空还可以使灯丝寿命延长， 避免电子枪放电而引起高压不稳， 也可使样品避免污染。
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牢记安全之责，善谋安全之策，力务 安全之 实。202 0年10 月22日 星期四3 时6分2 8秒Th ursday , October 22, 2020
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相信相信得力量。20.10.222020年10月 22日星 期四3 时6分28 秒20.1 0.22