第五章 電子衍射襯度成像ppt課件.ppt

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1、第五章電子衍射襯度成像5.1電子像襯度的分類及其成像方法5.1.1質(zhì)厚襯度成像原理5.1.2衍射襯度成像的原理5.1.3相位襯度成像原理5.2衍襯運動學(xué)理論5.2.1基本假設(shè)和近似處理5.2.2完整晶體衍襯的運動學(xué)方程5.2.3完整晶體運動學(xué)衍襯理論的實驗驗證5.2.4.缺陷晶體衍襯的運動學(xué)理論及其應(yīng)用5.3衍襯動力學(xué)理論(波動光學(xué)方程)5.3.1電子的散射及其交互作用5.3.2完整晶體衍襯動力學(xué)方程第五章電子衍射襯度成像5.3.3完整晶體的動力學(xué)方程的解5.3.4厚度消光和彎曲消光5.3.5反常吸收效應(yīng)5.3.6缺陷晶體衍襯動力學(xué)方

2、程及其應(yīng)用5.3.7缺陷晶體衍襯像的計算機模擬及其應(yīng)用第五章電子衍射襯度成像本章要點電子像襯度有三類：質(zhì)厚襯度，衍射襯度和相位襯度，其中衍射襯度和相位襯度是最為重要的；2.完整晶體衍襯運動學(xué)理論能定性解釋彎曲消光條紋和厚度消光條紋；而缺陷晶體的衍襯運動學(xué)理論導(dǎo)出的不可見判據(jù)是鑒別缺陷（層錯和位錯）類型的依據(jù)；3.考慮吸收的完整衍襯動力學(xué)方程能定量地解釋彎曲消光條紋和厚度消光條紋；而缺陷晶體的衍襯動力學(xué)方程不僅能確定缺陷的類型，而且能定量解釋缺陷（層錯和位錯）的細(xì)節(jié)特征；4.對于各向同性晶體中的缺陷，可用不可見判據(jù)來確定缺陷的類型，但對

3、于各向異性顯著的晶體中缺陷，必須通過計算機模擬來確定。5.1電子像襯度的分類及其成像方法電子像襯度可分為三類，即質(zhì)量厚度襯度（簡稱質(zhì)厚襯度）或稱散射吸收襯度、電子衍射襯度(簡稱衍襯)和相位襯度。5.1.1質(zhì)厚襯度成像原理一、單個原子對入射電子的散射當(dāng)入射電子穿透非晶體薄膜樣品時，將與樣品發(fā)生相互作用，即與原子核相互作用，或與核外電子相互作用，由于電子的質(zhì)量比原子核小得多，所以原子核對入射電子的散射作用，一般只引起電子改變運動方向，而無能量變化（或變化甚微）,這種散射叫做彈性散射。散射電子運動方向與原來入射方向之間的夾角叫做散射角，用來

4、表示，如圖5.1所示。5.1.1質(zhì)厚襯度成像原理散射角α的大小取決于瞄準(zhǔn)距離rn，原子核電荷Ze和入射加速電壓U。它們的關(guān)系如下：或（5.l）圖5.1電子受原子的散射（a）被原子核彈性散射；（b）被核外電子非彈性散射當(dāng)一個電子與一個孤立的核外電子發(fā)生散射作用時，由于兩者質(zhì)量相等，散射過程不僅使入射電子改變運動方向，還發(fā)生能量變化，這種散射叫做非彈性散射。散射角可由下式來定；或(5.2)5.1.1質(zhì)厚襯度成像原理一個原子序數(shù)為Z的原子有Z個核外電子。因此，一個孤立原子把電子散射到α以外的散射截面，用σ0來表示，等于原子核彈性散射截面σn

5、和所有核外電子非單性散射截面Zσe之和，即σ0=σn+Zσe。原子序數(shù)越大，產(chǎn)生彈性散射的比例（σn/Zσe=Z）就越大。彈性散射是透射電子顯微成像的基礎(chǔ)；而非彈性散射引起的色差將使背景強度增高，圖像襯度降低。5.1.1質(zhì)厚襯度成像原理二、質(zhì)厚襯度成像原理電子顯微鏡圖像的襯度取決于投射到熒光屏或照相底片上不同區(qū)域的電子強度差別。對于非晶體樣品來說，入射電子透過樣品時碰到的原子數(shù)目越多（樣品越厚或原子密度越大），樣品原子核庫侖電場越強，被散射到物鏡光闌外的電子就越多，而通過物鏡光闌參與成像的電子強度也就越低，因此，樣品中相鄰區(qū)域不同的厚

6、度或密度就會導(dǎo)致成像電子強度的差異，這就產(chǎn)生了襯度。下面討論非晶體樣品的厚度、密度與成像電子強度的關(guān)系。5.1.1質(zhì)厚襯度成像原理如果忽略原子之間的相互作用，則每立方厘米包含N個原子的樣品的總散射截面為(5.3)式中：N——單位體積樣品包含的原子數(shù)，N=NA(ρ為密度；A為原子量；NA為阿伏伽德羅常量)；σ0為原子散射截面。所以那么在面積為1cm2，厚度為dt的樣品體積內(nèi)散射截面為5.1.1質(zhì)厚襯度成像原理如果入射到1cm2樣品表面積的電子數(shù)為n，當(dāng)其穿透dt厚度樣品后有dn個電子被散射到光闌外，即其減小率為dn/n，因此有(5.4)

7、若入射電子總數(shù)為n0（t=0），由于受到t厚度的樣品散射作用，最后只有n個電子通過物鏡光闌參與成像。將式（5.4）式積分得到n=n0e-Qt（5.5）由于電子束強度I＝ne（e為電子電荷大?。?，因此上式可寫為I=I0e-Qt（5.6）5.1.1質(zhì)厚襯度成像原理當(dāng)Qt=l時(5.7)tc叫臨界厚度，即電子在樣品中受到單次散射的平均自由程。因此，可以認(rèn)為，t≤tc的樣品對電子束是透明的，相應(yīng)的成像電子強度為(5.8)鑒于(5.9)5.1.1質(zhì)厚襯度成像原理若定義ρt為質(zhì)量厚度，那么參與成像的電子束強度I隨樣品質(zhì)量厚度ρt增大而衰減。當(dāng)Qt

8、=l時(5.10)我們把(ρt)c叫做臨界質(zhì)量厚度。隨加速電壓的增加，電子束對樣品透明的臨界質(zhì)量厚度(ρt)c增大。5.1.1質(zhì)厚襯度成像原理下面來推導(dǎo)質(zhì)厚襯度表達(dá)式。如果以IA表示強度為I0的入射電子通過樣品A區(qū)域（厚