晶体薄膜衍射成像分析课件.pptVIP

“双光束条件”下的衍衬图像 衍射衬度则是只利用透射束或衍射束获得的图像，像点亮度将仅由相应物点处的衍射波振幅Φg决定（Ig |φg|2），也被称为振幅衬度。 这种利用单一光束的成像方式可以简单地通过在物镜背焦平面上插入一个孔径足够小的光阑（光阑孔半径小于r）来实现。 明,暗场衬度 明场: 光栏孔只让透射束通过,荧光屏上亮的区域是透射区 暗场: 光栏孔只让衍射束通过,荧光屏上亮的区域是产生衍射的晶体区 衍衬运动学理论简介 衍衬理论所要处理的问题是通过对入射电子波在晶体样品内受到的散射过程作分析，计算在样品底表面射出的透射束和衍射束的强度分布，即计算底表面对应于各物点处电子波的振幅进而求出它们的强度，这也就相当于求出了衍衬图像的衬度分布。 借助衍衬理论，可以预示晶体中某一特定结构细节的图像衬度特征；反过来，又可以把实际观察到的衍衬图像与一定的结构特征联系起来，加以分析、诠释和判断。 衍衬理论的两种处理方法 衍衬理论可有两种处理方法。考虑到电子波与物质的交互作用十分强烈（与X射线相比，电子的原子散射因子要大四个数量级），所以在晶体内透射波与衍射波之间的能量交换是不容忽视的，以此为出发点的衍衬动力学理论成功地演释出了接近实际情况的结果，是衍衬图像定量衬度计算的必要方法。 然而，如果只需要定性地了解衍衬图像的衬度特征，可应用简化了的衍衬运动学理论。运动学理论简单明了，物理模型直观，对于大多数衍衬现象都能很好地定性说明。下面我们将讲述衍衬运动学的基本概念和应用。 1．运动学理论的近似 运动学理论是讨论晶体激发产生的衍射波强度的简单方法，其主要特点是不考虑入射波与衍射波之间的动力学相互作用。 从入射电子受到样品内原子散射过程的分析中我们知道，此种散射作用在本质上是非常强烈的，所以忽略了动力学相互作用的运动学理论只能是一种相当近似的理论。 运动学理论所包含的基本近似是： 1）入射电子在样品内只可能受到不多于一次的散射； 2）入射电子波在样品内传播的过程中，强度的衰减可以忽略，这意味着衍射波的强度与透射波相比始终是很小的。 实验中的两个先决条件 结合晶体薄膜样品的透射电子显微分析的具体情况，我们可以通过以下两条途径近似地满足运动学理论基本假设所要求的实验条件： （1）采用足够薄的样品，使入射电子受到多次散射的机会减少到可以忽略的程度。同时由于参与散射作用的原子不多，衍射波强度也较弱； （2）或者让衍射晶面处于足够偏离布喇格条件的位向，即存在较大的偏离参量S，此时衍射波强度较弱。正是由于我们采用较薄的样品，由非弹性散射引起吸收效应一般也不必在运动学理论中加以认真的考虑。 两个基本假设 为了进一步简化衍衬图像衬度的计算，我们还必须引入两个近似的处理方法。 首先，我们通常仅限于在“双光束条件”下进行讨论 样品平面内位于座标（x，y）处、高度等于厚度t、截面足够小的一个晶体柱内原子或晶胞的散射振幅叠加而得。 该柱体外的散射波并不影响g，这叫做“柱体近似”。 2．理想晶体的衍射强度 考虑图7-10所示的厚度为t完整晶体内晶柱OA所产生的衍射强度。首先要计算出柱体下表面处的衍射波振幅Φg，由此可求得衍射强度。晶体下表面的衍射振幅等于上表面到下表面各层原子面在衍射方向k′上的衍射波振幅叠加的总和，考虑到各层原子面衍射波振幅的相位变化，则可得到Φg的表达式如下 （7-1） = 式中， 是r处原子面散射波相对于晶体上表面位置散射波的相位角差 消光距离ξg 引入消光距离 则得到 ξg是衍衬理论中一个重要的参数，表示在精确符合布拉格条件时透射波与衍射波之间能量交换或强度振荡的深度周期。 衍射波振幅与强度 考虑到在偏离布拉格条件时（图7-10b），衍射矢量K′为K′=k′+k=g+s故相位角可表示如下: = = 其中g·r=整数（因为g=ha*+kb*+lc*，而r必为点阵平移矢量的整数倍，可以写成r=ua+vb+wc），s//r//z。且r=z，于是有: 整理,积分得: 衍射波振幅: 衍射波强度: 3．缺陷晶体的衍射强度 与理想晶体相比，不论是何种类型缺陷的存在，都会引起缺陷附近某个区域内点阵发生畸变。此时，图7-10中的晶柱在OA也将发生某种畸变，柱体内位于z深度处的体积元dz因受缺陷的影响发生位移R，其坐标矢量由理想位置的r变为r′： r′= r+R （7-6） 显然，当考虑样品平面