STEM模式下会聚角对HAADF图像的影响选编.docVIP

SHANGHAI JIAO TONG UNIVERSITY STEM模式下会聚角对HAADF图像的影响 小组成员：丁晓飞、巨菡芝、陆郁飞、 孙相龙、王昭光、张好好 课程名称：显微学与谱学分析 完成日期：2015年12月27日 STEM模式下会聚角对HAADF图像的影响  PAGE \* MERGEFORMAT 14 STEM模式下会聚角对HAADF图像的影响 近20 年来，随着电子显微技术的不断发展，扫描透射电子显微分析技术(STEM)已经成为目前最为流行和广泛应用的电子显微表征手段和测试方法。相比于传统的高分辨相位衬度成像技术，扫描透射电子显微镜可提供具有更高分辨率、对化学成分敏感以及可直接解释的图像，因而被广泛应用于从原子尺度研究材料的微观结构及成分。其中高角环形暗场像（HAADF-STEM）为非相干高分辨像，图像衬度不会随着样品的厚度及物镜的聚焦的改变而发生明显的变化，像中亮点能反映真实的原子或原子对，且??点的强度与原子序数的平方成正比，因而可以获得原子分辨率的化学成分信息。近年来，随着球差校正技术的发展，扫描透射电镜的分辨率及探测敏感度进一步提高，分辨率达到亚埃尺度，使得单个原子的成像成为可能。 一、扫描透射电子显微分析技术（STEM）简介 扫描透射电子显微镜（Scanning Transmission Electron Microscope，简称STEM）是指透射电子显微镜中有扫描附件者，尤其是指采用场子枪作成的扫描透射电子显微镜。扫描透射电子显微镜是透射电子显微镜的一种发展，可以看成是TEM 与SEM的巧妙结合。 1.STEM工作原理 扫描透射成像不同于一般的平行电子束透射电子显微成像，它是利用会聚电子束在样品上扫描形成的。如图1所示，首先通过一系列线圈将电子束会聚成一个细小的束斑并聚焦在样品表面，利用扫描线圈精确控制束斑逐点对样品进行扫描。同时在样品下方安装具有一定内环孔径的环形探测器来同步接收被散射的电子。当电子束扫描样品某个位置时，环形探测器将同步接收信号并转换成电流强度显示在相连接的电脑显示屏上。这样，样品上的每一点与所产生的像点一一对应。 在入射电子束与样品发生相互作用时，会使电子产生弹性散射和非弹性散射，导致入射电子的方向和能量发生改变，因而在样品下方的不同位置将会接收到不同的信号。如图2 所示，在θ3范围内，接收到的信号主要是透射电子束和部分散射电子，利用轴向明场探测器可以获得环形明场像(ABF)。ABF像类似于TEM明场像，可以形成TEM明场像中各种衬度的像，如弱束像、相位衬度像、晶格像。θ3越小，形成的像与TEM明场像越接近；在θ2范围内，接收的信号主要为布拉格散射的电子，此时得到的图像为环形暗场像(ADF)。在同样成像条件下，ADF 像相对于ABF像受像差影响小，衬度好，但ABF像分辨率更高；若环形探测器接收角度进一步加大，如在θ1范围内，接收到的信号主要是高角度非相干散射电子，此时得到的像为高角环形暗场像（HAADF，Z 衬度像）。 2.STEM成像特点 STEM具有以下优点：（1）利用STEM可以观察较厚的试样和低衬度的试样；（2）利用扫描透射模式时物镜可实现微区衍射；（3）利用能量分析器可以分别收集和处理弹性和非弹性散射电子；（4）进行高分辨分析、成像及生物大分子分析。与TEM和SEM相比，其自身的特点也尤为突出。 透射电子显微镜（TEM）是用平行的高能电子束照射到一个能透过电子的薄膜样品上，由于试样对电子的散射作用，其散射波在物镜后方将产生两种信息。在物镜的后焦平面上形成含有结晶学或晶体结构信息的电子衍射花样；在物镜像平面上形成高放大倍率的形貌像或是高分辨率的反映样品内部结构的像。扫描电子显微镜（SEM）则是用聚焦的低能电子束扫描块状样品的表面，利用电子与样品相互作用产生的二次电子、背反射电子成像，可以得到表面形貌，化学成分及晶体取向等信息。 图1 STEM工作原理图 图2 STEM中探测器分布示意图 扫描透射电子显微镜采用聚焦的高能（通常为100~400keV）电子束（入射电子束直径可达0.126nm）扫描能透过电子的薄膜样品, 利用电子与样品相互作用产生的弹性散射电子及非弹性散射电子来成像、电子衍射或进行显微分析。TEM、SEM 和STEM 三种成像方式的比较见表1： 表1 三种成像方式的比较 成像方式光源形式加速电压 /keV样品形状收集信息成像原理TEM平行光束100薄膜前散射电子相位衬度、衍射衬度、质厚衬度等SEM点1～30块状背散射电子 二次电子形貌衬度、电压衬度、原子序数衬度等STEM点100～400薄膜弹性及非弹性散射电子原子序数衬度二、高角度环形暗场像简介 传