微观显微分析第二章.pptVIP

明场像与暗场像 设入射电子束恰好与试样OB晶粒的(hkl)平面交成精确的布拉格角θ，形成强烈衍射，而OA晶粒则偏离Bragg反射，结果在物镜的背焦面上出现强的衍射斑hkl。若用物镜光栏将该强斑束hkl挡住，不让其通过，只让透射束通过，这样，由于通过OB晶粒的入射电子受到(hkl)晶面反射并受到物镜光栏挡住，因此，在荧光屏上就成为暗区，而OA晶粒则为亮区，从而形成明暗反差。由于这种衬度是由于存在布拉格衍射造成的，因此，称为衍射衬度。 设入射电子强度为IO，(hkl)衍射强度为Ihkl，则B晶粒的强度为IB= IO- Ihkl，A晶粒的为IA= IO，其反差为IA/ IB= IO/(IO- Ihkl)。 明场像——上述采用物镜光栏将衍射束挡掉，只让透射束通过而得到图象衬度的方法称为明场成像，所得的图象称为明场像。 暗场像——用物镜光栏挡住透射束及其余衍射束，而只让一束强衍射束通过光栏参与成像的方法，称为暗场成像，所得图象为暗场像。 暗场成像有两种方法：偏心暗场像与中心暗场像。 必须指出： ① 只有晶体试样形成的衍衬像才存明场像与暗场像之分，其亮度是明暗反转的，即在明场下是暗线，在暗场下则为明线，其条件是，此线确实是所要的操作反射斑引起的。 ② 它不是表面形貌的直观反映，是入射电子束与晶体试样之间相互作用后的反映。 为了使衍衬像与晶体内部结构关系有机的联系起来，从而能够根据衍衬像来分析晶体内部的结构，探测晶体内部的缺陷，必须建立一套理论（超出范围不讲）。 2.1.1 基本假设 衍衬成像理论目的是计算试样下表面各处的电子束振幅并进而求出强度分布. 它是非常复杂的。为了简化，需做必要的假定. 不考虑试样中透射束和衍射束之间, 衍射束和衍射束之间的相互作用, 即不考虑它们之间的能量交换. ① 除透射束外，只有一束较强的衍射束参与成象，忽略其它衍射束，故称双光成象。 ② 这一强衍射束相对于入射束而言仍然是很弱的。这在入射电子束波长较弱以及晶体试样较薄的情况下是合适的。 注意 薄样品的情况难以完全代表大块材料的真实结构； 由于电子束之间的动力学交互作用产生的衬度现象，只能用动力学理论才能得到满意地解释。 双束条件下的散射过程 当波矢量为ko的入射波在样品表面时，就受到晶体原子的散射，产生波矢为k的衍射波，但衍射波的强度较小。随着电子波在晶体内沿入射方向传播，透射波不断地发生衍射，强度不断下降，若忽略非弹性散射所引起的吸收效应，则相应的能量（强度）转移到衍射波方向，所以衍射波的强度不断加强。电子波在晶体内传播到一定深度时，由于有足够多的单胞参与了散射，将使透射波的振幅下降到零，全部能量都转移到衍射波方向，使其振幅达到最大。 由于入射波与hkl晶面相交成精确的布拉格角θ，所产生的衍射波也与hkl晶面相交成θ角，强度增加的衍射波同样也可以作为入射波在hkl晶面发生衍射，这样激发的二次衍射的方向与透射波的方向一致，随着衍射波在晶体内的进一步传播，衍射波的能量逐步下降，透射波的能量强度逐步增强，这种强烈的动力学相互作用的结果使得电子束在晶体内传播过程中透射波和衍射波的强度发生周期性振荡。 注意 在电子束传播方向上透射束和衍射束的振荡周期定义为“消光距离”，以ξg表示。 单位：0.1nm “消光”是指尽管满足衍射条件，但由于动力学相互作用的结果，在晶体内一定深度处衍射波或透射波的强度，将周期性地取零值。 1/2ξg: 衍射波最强，透射波为0； ξg：衍射波为0，透射波最强。 消光距离的计算 入射电子束与hkl晶面成θ角入射，并满足布拉格衍射条件，s=0(s为偏离参量)。设样品表面单位面积中含有n个单胞，单胞的散射振幅为Fg，设入射波振幅为1，则表面单位面积内原子在观察点的衍射波振幅为nFg，将它折合到与衍射束垂直的平面上的散射则为nFg/cosθ，当符合布拉格衍射条件时，该面上各原子散射波的相位相同。设最大振幅为1，按照菲涅尔分带法得到每层点阵面的散射振幅为： 把每层点阵面散射振幅迭加起来，就可以得到电子束在晶体中传播方向经过多少原子层散射后，可以使散射振幅达到最大，这时正好是1/2个消光距离；而后透射波恢复最强，散射振幅达到最弱时，正好是一个消光距离。 消光距离的性质 对于确定的波长，消光距离是晶体的一种物理性质，同时也是不同衍射波矢量g的函数； 同一晶体中，不同的晶面产生的衍射波处于双束条件时，有不同的消光距离，即不同的ξg值。 柱体近似成立的条件 也就是说，柱体内的电子束对范围超过2nm以外的电子不产生影响。若把整个晶体表面分成很多直径为2nm左右的截向，则形成很多很多柱体。计算每个柱体下表面的衍射强度，汇合一起就组成一幅由各柱体衍射强度组成的衍衬象，这样处理问题的方法，称为柱体近似。 在200kV下，