透射电子显微镜的结构、原理
班 级： 9131161502 学 号： 913116150208 姓 名： 安 志 恒
南京理工大学 材料科学与工程学院
2016．5. 30
一、实验目的
1. 了解透射电子显微镜的基本结构和工作原理 2. 了解透射电子显微镜的一般操作过程
3. 了解透射电子显微镜的图像衬度和图像分析方法 4. 了解选区电子衍射斑点的标定方法
二、扫描电子显微镜的基本结构
实验仪器为美国FEI公司生产的高分辨透射电子显微镜(FEI Tecnai
20)，用于材料的高分辨形貌观察、以及微区晶体结构、成分分析等。主要技术指标：点分辨率：≤0.24 nm；线分辨率：≤0.14 nm；加速电压范围：20 kV-200 kV；物镜焦距：≤1.7
mm；最大衍射角：≥±13°；放大倍数：25～1030K；样品台最大倾斜角：≥40°;电子枪：六硼化镧热发射电子枪；照明系统：CCD相机(4000×2700像素)，可直接拍摄电子衍射花样；能谱仪：分析型SDD硅漂移电制冷探测器，元素分析范围Be(4)~Pu(94)。
透射电子显微镜由电子光学系统、电源与控制系统和真空系统三大部分组成，其中电子光学系统为透射电子显微镜的核心部分，包括照明系统、成像系统和观察记录系统。 (1) 照明系统
照明系统主要由电子枪、聚光镜和相应的电子束平移、倾斜装置。其作用是提供亮度高、相干性好，束流稳定的电子束作为照明源照射样品。
电子枪就是产生稳定电子束流的装置，常用的电子枪类型分为热发射型和场发射型。本机采用的是六硼化镧(LaB6)热发射电子枪。
聚光镜用来汇聚电子枪射出的电子束流，以获得强度高、直径小、相干性好的电子束。透射电子显微镜一般采用双聚光镜系统。第一聚光镜为强磁透镜，焦距短，放大倍数为1/50 ~
1/10，强烈汇聚电子束；第二聚光镜为弱磁透镜，焦距长，放大倍数为2倍左右。双聚光系统具有如下优点：(a)
可在较大范围内调节电子束斑大小；(b)当第一聚光镜的后焦面与第二聚光镜的前焦面重合时，电子束通过第二聚光镜后为平行2 光，用于获得高质量的选区电子衍射；(c)
第二聚光镜与物镜间的间隙大，便于安装其它附件，如样品台和电子能谱仪等。 在第二聚光镜后焦面上装有聚光镜光阑，用于限制电子束的照明孔径半角。 (2) 成像系统
成像系统主要是由物镜、中间镜和投影镜组成。物镜是成像系统中的第一个电磁透镜，强激短焦距(??=1~ 3 mm)，本机的物镜焦距为1.7
mm。透镜用来形成第一幅高分辨电子显微图像或电子衍射花样。透射电子显微镜分辨本领的高低主要取决于物镜；而物镜的分辨本领又决定于极靴的形状和加工精度。物镜的后焦面上安装有物镜光阑，其作用是：(a) 减小孔径半角，提高成像质量；(b) 进行明场和暗场操作。 中间镜是弱激磁长焦距变倍透镜，放大倍数在0～20倍之间。中间镜的作用是：(a) 调节整个系统的放大倍数；(b)
进行成像操作和衍射操作的切换。如果把中间镜的物平面和物镜的像平面重合，则在荧光屏上得到一幅放大形貌像，这就是电子成像操作；如果把中间镜的物平面和物镜的后焦面重合，则在荧光屏上得
到一副电子衍射花样，这就是电子衍射操作。中间镜的物平面和物镜的像平面处安装有选区光阑，用于做选区电子衍射。
投影镜的作用是把中间镜的像进一步放大，并投影到荧光屏上。 (3) 观察记录装置
观察记录装置包括荧光屏、照相机构和计算机。本机的照相机制为CCD相机，可直接拍摄电子衍射花样。
三、透射电子显微镜的成像衬度原理
透射电子显微镜的成像衬度分为质厚衬度、衍射衬度和相位衬度。 (1) 质厚衬度
质厚衬度是由于试样各处的原子种类或厚度、密度差异所造成的衬度。在高质厚处，即原子序数高或试样较它处厚，电子被散射出光阑的几率高，而参与成像的透射电子强度低，图像暗。非晶体材料主要靠质厚衬度成像。 (2) 衍射衬度
衍射衬度是基于样品各处满足布拉格衍射条件的程度而形成的衬度。若晶体满足3
布拉格衍射条件，则入射电子束透过样品后分解为透射束和衍射束。如果利用透射束成像（即明场操作，用物镜光阑套住透射斑），则由于电子被散射，穿过光阑孔参与成像的透射电子较少，该点图像较暗；相反，如果利用衍射束成像（即暗场操作，用物镜光阑套住衍射斑），则由于满足衍射条件，穿过光阑孔的散射电子较多，该点图像较亮。衍射衬度像在理想晶体中分为等厚条纹像和等倾条纹像；在非理想晶体中根据晶体缺陷类型有层错条纹像、位错像和第二相颗粒像等。
(3) 相位衬度
当晶体样品较薄时，可忽略电子波振幅的变化。这时，如果选择较大的光阑孔，让透射束和衍射束同时通过物镜光阑，由于试样各处对入射电子的作用不同，致使透射束和衍射束穿过样品到达荧光平面的相位不同。经相互干涉作用后，它们将形成反映晶格点阵和晶格结构的干涉条纹像。这种相位差引起的强度差异成为相位衬度。晶格分辨率的测定以及高分辨图像就是采用相位衬度来进行分析的。
四、衍衬成像
1、明场像（BF）：
让透射束（000）通过物镜光阑，而把衍射束（hkl)挡掉得到图像衬度的方法，称明场成像。所得的像叫明场像。 2、暗场（DF)：
移动物镜光阑位置，使光阑孔套住（hkl）斑点，只让衍射束Ihkl通过成像，而把透射束（000）挡掉，
所有的衍衬图像即为暗场像。
透射电子显微镜的结构文件—南理工
