電鏡襯度與樣品特性

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1、成像原理　　透射電鏡的成象原理是由照明部分提供的有一定孔徑角和強(qiáng)度的電子束平行地投影到處于物鏡物平面處的樣品上，通過樣品和物鏡的電子束在物鏡后焦面上形成衍射振幅極大值，即第一幅衍射譜。這些衍射束在物鏡的象平面上相互干涉形成第一幅反映試樣為微區(qū)特征的電子圖象。通過聚焦（調(diào)節(jié)物鏡激磁電流），使物鏡的象平面與中間鏡的物平面相一致，中間鏡的象平面與投影鏡的物平面相一致，投影鏡的象平面與熒光屏相一致，這樣在熒光屏上就察觀到一幅經(jīng)物鏡、中間鏡和投影鏡放大后有一定襯度和放大倍數(shù)的電子圖象。由于試樣各微區(qū)的厚度、原子序

2、數(shù)、晶體結(jié)構(gòu)或晶體取向不同，通過試樣和物鏡的電子束強(qiáng)度產(chǎn)生差異，因而在熒光屏上顯現(xiàn)出由暗亮差別所反映出的試樣微區(qū)特征的顯微電子圖象。電子圖象的放大倍數(shù)為物鏡、中間鏡和投影鏡的放大倍數(shù)之乘積，即M＝M。?Mr?Mp.象襯度　　象襯度是圖象上不同區(qū)域間明暗程度的差別。由于圖像上不同區(qū)域間存在明暗程度的差別即襯度的存在，才使得我們能觀察到各種具體的圖像。只有了解像襯度的形成機(jī)理，才能對各種具體的圖像給予正確解釋，這是進(jìn)行材料電子顯微分析的前提。透射電鏡非晶樣品的象襯度　　非晶樣品透射電子顯微圖象襯度是由于樣品

3、不同微區(qū)間存在的原子序數(shù)或厚度的差異而形成的，即質(zhì)量厚度襯度（質(zhì)量厚度定義為試樣下表面單位面積以上柱體中的質(zhì)量），也叫質(zhì)厚襯度。質(zhì)厚襯度適用于對復(fù)型膜試樣電子圖象作出解釋。質(zhì)量厚度數(shù)值較大的，對電子的吸收散射作用強(qiáng)，使電子散射到光欄以外的要多，對應(yīng)較安的襯度。質(zhì)量厚度數(shù)值小的，對應(yīng)較亮的襯度。衍射襯度　　透射電鏡對于晶體，若要研究其內(nèi)部缺陷及界面，需把樣品制成薄膜，這樣，在晶體樣品成象的小區(qū)域內(nèi)，厚度與密度差不多，無質(zhì)厚襯度。但晶體的衍射強(qiáng)度卻與其內(nèi)部缺陷和界面結(jié)構(gòu)有關(guān)。由樣品強(qiáng)度的差異形成的襯度叫衍射

4、襯度，簡稱衍襯?！　【w試樣在進(jìn)行電鏡觀察時，由于各處晶體取向不同和(或)晶體結(jié)構(gòu)不同，滿足布拉格條件的程度不同，使得對應(yīng)試樣下表面處有不同的衍射效果，從而在下表面形成一個隨位置而異的衍射振幅分布，這樣形成的襯度，稱為衍射襯度。這種襯度對晶體結(jié)構(gòu)和取向十分敏感，當(dāng)試樣中某處含有晶體缺陷時，意味著該處相對于周圍完整晶體發(fā)生了微小的取向變化，導(dǎo)致了缺陷處和周圍完整晶體具有不同的衍射條件，將缺陷顯示出來?？梢姡@種襯度對缺陷也是敏感的。基于這一點(diǎn)，衍襯技術(shù)被廣泛應(yīng)用于研究晶體缺陷?！　⊙芤r成像，操作上是利用單

5、一透射束通過物鏡光欄成明場像，或利用單一衍射束通過物鏡光欄成暗場像。近似考慮，忽略雙束成像條件下電子在試樣中的吸收，明暗場像襯度是互補(bǔ)的。明場像和暗場像均為振幅襯度，即它們反映的是試樣下表面處透射束或衍射束的振幅大小分布，而振幅的平方可以作為強(qiáng)度的量度，由此便獲得了一幅通過振幅變化而形成襯度變化的圖像。相位襯度　　如果所用試樣厚度小于l00nm，甚至30nm。它是讓多束衍射光束穿過物鏡光闌彼此相干成象，象的可分辨細(xì)節(jié)取決于入射波被試樣散射引起的相位變化和物鏡球差、散焦引起的附加相位差的選擇。它追求的是試

6、樣小原子及其排列狀態(tài)的直接顯示。透射電鏡的相位襯度右圖所示是薄晶成象的情形。一束單色平行的電子波射入試樣內(nèi)，與試樣內(nèi)原子相互作用，發(fā)生振幅和相位變化。當(dāng)其逸出試樣下表面時，成為不同于原入射波的透射波和各級衍射波。由于試樣很薄，衍射波振幅甚小，透射波振幅基本上與入射波振幅相同，非彈性散射可忽略不計。衍射波與透射波間的相位差為π／2。如果物鏡沒有象差，且處于正焦?fàn)顟B(tài)，而光闌也足夠大，使透射波與衍射波得以同時穿過光闌相干。相干結(jié)果產(chǎn)生的合成波其振幅與入射波相同，只是相位位置稍許不同。由于振幅沒變，因而強(qiáng)度不變

7、，所以沒有襯度。要想產(chǎn)生襯度，必須引入一個附加相位，使所產(chǎn)生的衍射波與透射波處于相等的或相反的相位位置，也就是說，讓衍射波沿圖X軸向右或向左移動π／2，這樣，透射波與衍射波相干就會導(dǎo)致振幅增加或減少，從而使象強(qiáng)度發(fā)生變化，相位襯度得到了顯示。綜上所述，三種襯度的不同形成機(jī)制，反映了電子束與試樣物質(zhì)原子交互作用后離開下表面的電子波，通過物鏡以后，經(jīng)人為地選擇不同操作方式所經(jīng)歷的不同成像過程。在研究工作中，它們相輔相成，互為補(bǔ)充，在不同層次上，為人們提供不同尺寸的結(jié)構(gòu)信息，而不是互相排斥。儀器結(jié)構(gòu)　　透射電

8、子顯微鏡由以下幾大部分組成：照明系統(tǒng)，成像光學(xué)系統(tǒng)；記錄系統(tǒng)；真空系統(tǒng);電氣系統(tǒng)。成像光學(xué)系統(tǒng)，又稱鏡筒，是透射電鏡的主體。（詳見右圖）透射電鏡　　照明系統(tǒng)主要由電子槍和聚光鏡組成。電子槍是發(fā)射電子的照明光源。聚光鏡是把電子槍發(fā)射出來的電子會聚而成的交叉點(diǎn)進(jìn)一步會聚后照射到樣品上。照明系統(tǒng)的作用就是提供一束亮度高、照明孔徑角小、平行度好、束流穩(wěn)定的照明源?！　〕上裣到y(tǒng)主要由物鏡、中間鏡和投影鏡組成。物鏡是用來形成第一幅高分辨率電子顯微圖像或