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电子显微分析读书报告 刘桂伶 2010021665 一、电子显微分析的基本原理 1、基本概念 分辨率 分辨率又称分辨本领，它表示仪器的分辨能力足以清楚分开的两点或两个质 点圆心间最小距离的本领。 光学显微镜的分辨力可以根据阿贝公式来计算，即 0.6X 可见，提高分辨率，可从三个变量着手，分别是：折射率波长入、以及 孔径半角a。可是折射率以及孔径半角的提高空间有限，若要大大提高显微镜 的分辨率，则要在波长方面狠下功夫。 由实验可证明，运动的电子具有波粒二象性。它的波长比可见光小了 10万倍 的数量级，且可用电磁透镜使其聚焦，故电子被用作显微镜的光源。这样的显微 镜称为电子显微镜。 电磁波长 真空中相对集中并高速运动着的电子流称为电子束。屯子束具有粒子性和波 动性，它能产生一定波长的电磁波，其所产生电磁波长由下列公式表示，即： 1.226 其中入为电磁波长，v为加速电压。 由此可见，电子束的波长完全取决于加速电压，加速电压越高，则得到的电子波 长越短，得到的分辨本领也就越高 电磁透镜 由于轴对称弯曲磁场对电子束有聚焦作用，因而可以得到电子光学像。我们 称这种具有轴对称弯曲磁场装置构成的电子透镜为电磁透镜(electron magnetic lenses)□由于电磁透镜磁场非均匀分布，物、像点在磁场Z外，电子在磁场屮既 受到轴向分量的作用，又受到径向分量的作用，使平行于轴进入磁场的电子束可 获得聚焦(如图所示)。 电镜的像差和畸变 电镜和光镜一样，由于光源或透镜的缺陷，可以发生各种像差或畸变。 球差：电子束光源通过透镜受到偏转，通过样品，从物平面向下发射， 形成物点孔径角。从物点发出的射线，到达下一级透镜又被聚集。如果透镜 有缺陷或孔径角太大，则靠近光轴的射线和远离光轴的射线，受到电磁场的 作用就会不同，这些射线在光轴上会聚的位置不同，结果远离光轴的射线就 会在像面上形成一个最小模糊圈。此时可有图象中央凸起感。这是目前影响 电镜分辨率的一个主要因素。 像散：由于透镜的磁场强度在纵向或横向上不同，以致纵向与横向上的 射线。聚焦于光轴的位置也有上有下，两者共同形成一个最小模糊像。 色差：由于电磁波长随加速电压而变化，当加速电压不稳定时，电子束 波长就可变异，因而发生类似的像差。 畸变：由于离轴较远处的径向磁场的作用力强，使放大倍数随物点离轴 的距离而变化，进而使图象发生改变而产生的。畸变常见的有枕形畸变、桶 形畸变和S形畸变等，如下图所示： 2、电镜与光镜的成像原理对比 电子显微镜和光学显微镜的基本原理是和同的，不同的是： 光镜的照明源是可见光，而电镜是用电子束照明。 光镜的透镜用玻璃制成，电镜的透镜是轴对称的电场或磁场。 光学显微镜是利用玻璃制作的透镜对光进行折射，将一物点发出不同角度 的光线最终会聚成一个像点。 电子显微镜是以电子束作为光源，利用电磁透镜产生的电场或磁场折射电子束, 并通过电子束轰击荧光屏激发荧光而达到成像目的。 3电子与物质的相互作用 高能电子束与样品作用产生各种信号： 二次电子、背散射电子、吸收 电子、特征X射线、俄歇电子、透射电子等。如下图所示： 电子束与体样品作用时产生的信号 电子束与 体样品作用时产生的信号 背散射电子 产生：背散射电子是被固体样品屮原子反弹回來的一部分入射电子。 特点：背散射电子来自样品表层几百纳米的深度范围，其产额能随样品原子 序数的增大而增多。 作用：不仅能做形貌分析，还可定性作成分分析。 二次电子 产生：入射电子束轰击岀來并离开样品表面的样品屮的核外电子。 ?特点：a、能量较低(50eV)； b、 一般在表层5?10nm深度范围内发射岀来，对样品表面形貌非常 敏感。 作用：样品表面形貌分析。 吸收电子 产生：入射电子多次非弹性散射后能量消失，最后被样品吸收。入射电子被 样品吸收后也会产生电流强度。 特点：样品中原子序数较大的元素产牛的背散射电子的数目较多，相反，吸 收电子的数量就较少；反之亦然。因此，吸收电子也可反映原子序数衬度，可进 行定性微区成分分析。 作用：定性微区成分分析。 透射电子 产牛：如果被分析的样品很薄，则有一部分入射电子穿过薄样品而成为透射 电子。 特点：a、只有样品的厚度小于入射电子的有效穿入深度时，才会产生。 b、随样品厚度增加(质量厚度Pt),透射电子数目减小，吸收电子 数量增加，当样品厚度超过有效穿透深度后，无透射电子。 作用：配合电子能量分析器来进行微区成分分析。 特征X射线 产生：当入射电子的能量足够大，使样品原子的内层电子被激发或电离，此 时外层电子向内层跃迁以填补内层电子的空位，从而辐射出具有原子序数特征的 特征X射线。 特点：反映了样品中原子序数特征。 应用：微区成分分析(元素)。 俄歇电子 产牛：入射电子激发样品的特征X射线过程中，外层电子向内层