材料分析的重点的代表性仪器.PPT

Southern Taiwan University Southern Taiwan University 穿透式電子顯微鏡具有極高的穿透能力及高解析度，已成為材料科學研究上極有效的工具之一 穿透式電子顯微鏡可以說是目前解析度最高的觀察工具，它的解析度可達0.1nm，甚至可觀察晶格像，倍率範圍可從50到150萬倍 隨著製程技術越趨先進，線寬越來越小的情況下，尤其90nm以下，要觀察微小的結構或缺陷，非得TEM無法完成 * 發展沿革 1873 Abbe和Helmholfz分別提出解像力與照射光的波長成反比。奠定了顯微鏡的理論基礎 1897 J.J.Thmson發現電子 1924 Louis de Broglie(1929 年諾貝爾物理獎得主）提出電子本身具有波動的物理特性，進一步提供電子顯微鏡的理論基礎 1926 Busch 發現電子可像光線經過玻璃透鏡偏折一般，由電磁場的改變而偏折 1931 德國物理學家Knoll 及Ruska 首先發展出穿透式電子顯微鏡原型機 * 發展沿革 1937 首部商業原型機製造成功（Metropolitan Vickers 牌） 1938 第一部掃描穿透式電子顯微鏡由Von Ardenne發展成功(最佳分辦率在20至30A之間) 1939 穿透式電子顯微鏡正式上市（西門子公司, 50KV~100KV，解像力20~30?，放大倍率最高可達 30,000×） 1940 JEOL 發表亞洲第一部TEM 1940 RCA公司推出美國第一部穿透式電子顯微鏡(解像力50 nm) 1941～63 解像力提至2~3 ?（穿透式） * 發展沿革 電子顯微鏡在材料科學上的應用史 1949年 Heidenreich 利用TEM觀察的鋁及鋁合金薄膜 1950年 中期，以TEM觀察到不銹鋼中的差排及鋁合金中的晶格平 面扭曲 各種研究方法的改進 試片的研磨 分辦率的增進 雙聚光鏡的應用 成像對比理論的發展 試片在TEM中的處理-傾斜、旋轉、加熱 * 材料分析簡介 材料分析技術可概分為兩大類 成分分析（化學性質） 顯微結構分析（物理性質） 材料分析的重點大致分為三類 材料成份分析 表面或材料內部的顯微結構影像 材料結晶結構鑑定與分析 * 材料分析簡介 材料分析的重點的代表性儀器： 材料成份分析 X光能量散佈分析儀(EDS)、表面化學分析儀(ESCA)、 歐傑電子顯微鏡(AES)及二次離子質譜儀(SIMS)等 表面或材料內部的顯微結構影像 掃描式電子顯微鏡(SEM)、穿透式電子顯微鏡(TEM)及 原子力顯微鏡(AFM)等 材料結晶結構鑑定與分析 X光繞射分析儀(XRD)及穿透式電子顯微鏡(TEM)等 * 材料分析簡介 * 圖一、電子與樣品的作用 材料分析簡介 高能電子束打在樣品上，會帶來哪些訊息： 彈性散射電子 因為電子與樣品內部原子之庫崙位能作用，沒有損失能 量，可以得到樣品內部結構及原子結構的訊息 非彈性散射電子 入射電子將內外層的電子擊掉，電子會損失能量，這 些能量的損失主要來自於晶體鑑結的影響，藉由非彈 性散射電子所提供的訊息可以知道物質鍵結方式，就 可以知道樣品材料內部的成分與晶體結構 * 材料分析簡介 * 圖二、高能量電子與單一原子作用 顯微鏡可見的範圍 * 肉眼可見物體的範圍:~0.1cm 光學顯微鏡可見的範圍:~1um 掃描式電子顯微鏡可見的範圍:~10nm 穿透式電子顯微鏡可見的範圍:~0.1nm 圖三、可見的範圍 常見顯微技術比較表 光學顯微鏡（OM） 掃描式電子顯微鏡（SEM） 穿透式電子顯微鏡（TEM） 掃描探針顯微技術（SPM） 質波 可見光 電子 電子 無 橫向解析度 300 nm 2-5 nm 原子級 原子級 縱向解析度 20 nm 20 nm 無 原子級 景深 0.1μm 30μm 20μm 無 成像環境 無限制 真空 真空 無限制 樣品準備 無 鍍導電膜 手續繁複 無 成份分析功能 有 有 有 無 * 表一、常見顯微技術比較表 TEM種類介紹 (1)傳統式穿透式電子顯微鏡（CTEM，conventional TEM） 主要是利用穿透式電子束或是繞射電子束成像，TEM試片其 所要觀察的區域薄度，必需達到電子束能穿透的等級；穿透 試片的薄度，必須在2?以下 (2)高解像穿透式電子顯微鏡（HRTEM，High- Resolution） 利用穿透電子束與繞射電子交互干涉 而成週期性條紋或是 晶格影像，觀測尺度更小，可以觀測到小於