第十一章电子显微图像的解释.pptVIP

第 十 一章  电子显微图象的解释 前 言 11.1 电子显微镜的图像分析－质厚衬度 衬度：被眼睛或各种记录材料所能区分的光强 度的差别。 对于透射电子显微镜来说，图像来源于电子与物质的相互作用。而图像的衬度来源于各部分物质与电子相互作用后投射到荧光屏上或是底片上电子强度的差别。 11.1.1 一个原子与电 子的相互作用 当一个电子射向原子时，由于受到核内电场的作用而发生散射，如图所示： 设： rn 为电子距核中心的距离,称瞄准半径. α 为散射角 经计算： 讨论： (1) Z越大，α越大。即原子序数越大的原子对电子 散射能力越大，大角度散射的电子就越多。 (2) rn越小，α越大。即当原子密度大时，瞄准半径 就越小，对电子散射能力越大，就是说原子密度 大的材料产生大角度散射的电就越多。 当在原子后面加一光栏时，那么所能通过电子最大散射角α就确定了。 电镜衬度像的形成示意 为了确保透射电子显微镜的高分辨本领，采用小孔径角成像。它是通过在物镜背焦平面上沿径向插人一个小孔径的物镜光阑来实现的，如图所示。结果，把散射角大于α的电子挡掉，只允许散射角小于α的电子通过物镜光栏参与成像。当在原子后面加一光栏时，那么所能通过电子最大散射角就确定了，如图所示 ： 11.1.2 质厚衬度 定义: 质厚衬度——对于无定形或非晶体试样，电子图像是由于试样各部分的密度、质量Z和厚度t不同形成的，这种衬度称之为质厚衬度. 11.1.3 复型样品衬度的改善 对于复型试样来说，其衬度来源主要是质厚衬度。复型膜试样虽有一定的厚度差别，但由于整个试样的密度、质量基本一样，衬度很小。一般的情况，通过以一定的角度投影(蒸发)密度较大的重金属原子，如Cr、Au等，以增加试样不同部位的密度、质量的差别，从而大大改善图像的衬度。 11.2 晶体材料的图像衬度 11.2.1 概述 TEM是作为高放大倍率的显微镜产生的，但在初期由于加速电压的限制，仅限于对材料进行间接的、半间接的样品进行分析: 间接的样品 —— 复型 半间接的样品—— 萃取复型 其次:TEM的显微图像不是实际样品的直观反映。 由于没有正确的理论指导，不能对所得到的显微图像进行正确分析，这给电子衍射方法、显微分析方法带来了一定的限制。 在TEM研究中将图像与选区电子衍射结合起来便能进一步地把形貌与结构结合起来对晶体缺陷、界面、 相变等现象进行研究。 11.2.2 电子显微图像衬度 电子显微图像取决于入射电子与样品的相互作用，相互作用的结果是使得透射电子束强度发生了变化，造成强度的不均匀分布，即所谓衬度。 概括地讲衬度有两种： (1) 振幅衬度 a. 质厚衬度：样品中散射能力的不同。 b. 衍射衬度：样品中各部分满足布拉格条件的程度不同，形成各部分衍射强度的差异。 (2) 相位衬度 具有周期结构的晶体相当于一个立体光栅，由于各部分次级波阵面的位相存在差异，因而在相平面上各点干涉结果也不同，由此便形成了一种强度的再分布，这种衬度便是相位衬度。 11.2.3 薄晶体样品的成像原理——衍射衬度 非晶态复型样品是依据“质量厚度衬度”的原理成像。而晶体薄膜样品的厚度大致均匀，并且平均原子序数也无差别。 因此图像的质厚衬度是不存在或者很小。那么对于簿晶体试样来说其衬度是如何形成的呢？ 对薄晶体而言： (1)单一的多晶体：位向不同 (2)多相的多晶体：位向、结构、散射能力不同 因此，对于均匀入射的入射电子束而言，各个晶体相对于入射的位向就不同，满足衍射的条件（满足的程度）不同。在相同的入射强度下，衍射束强度总和与透射束的强度分配比例就不同。所以，利用衍射束或透射束成像，各个晶体的图像强度就不同，这种图像的衬度来源叫做：衍射衬度 设想一下，在我们视场范围内有两块晶体A、B,两块晶体A、B处于如下状态： (1) B晶粒某一晶面(HKL)处于布拉格衍射位置，而其它晶面远离布拉格位置，即对B晶粒来说有透射束IBT及衍射束IBD.。即：IBT= I0 -IBD (2) A晶粒中所有晶面均远离布拉格位置，此时对于A晶粒来说没有衍射束，即:IAT=I0 ，IAD=0 在透射电镜的后焦面上有一物镜光阑，通过移动光阑让不同的电子束通过就可得到不同的衍衬象。 (1)去掉光栏让透射束、衍射束都通过，此时在像平面上A、B两晶粒没有变化，故没有衬度。 (2) 如图加入光栏仅让透射束通过，