透射电镜(TEM)原理详解.pptVIP

堆垛层错的衬度层错是晶体中最简单的平面型缺陷,是晶体内局部区域原子面的堆垛顺序发生了差错,即层错面两侧的晶体发生了相对位移R。层错总是发生在密排的晶体学平面上,典型的如面心立方晶体的{111}平面上,层错面两侧分别是位向相同的两块理想晶体。对于面心立方晶体的{111}层错,R可以是±1/3〈111〉或者±1/6〈112〉,它们分别代表着层错生成的两种机制。堆垛层错的衬度在衍衬成像条件下,层错区域内的晶体柱被层错面分割成两部分,下部晶体相对于上部晶体存在整体的位移R。下部晶体的附加位相角可以通过α=2πg·R计算,如果把R±1/3〈111〉或者±1/6〈112〉代入,可得或者考虑到面心立方晶体的操作反射g为hkl全奇或全偶,则α只有0、和±2π/3三种可能的值。显然:当α=0时,层错将不显示衬度,即不可见；而当α=±2π/3时,将在图像中观察到它们的衬度堆垛层错的衬度尽管也有层错面正好与薄膜的上、下表面平行的特殊情况,此时如果附加位相角α≠0,层错所在的区域会有不同于无层错区域的亮度；更经常遇到倾斜于薄膜表面的层错,在α≠0的条件下,表现为平行于层错面与薄膜上、下表面交线的亮暗相间条纹,其衬度机理可简单说明如下:柱体OA被层错面分割为上、下两部分,OS=t1和SA=t2（薄膜总厚度t=t1+t2）,在层错面处下部晶体整体位移R。当t1=ntg=n/s时,合成振幅与无层错区域的理想晶体柱没有差别,而在t1≠n/s处,合成振幅发生变化,从而形成了与孪晶界等厚条纹十分相似的规则平行亮暗条纹.2.透射电镜小孔径角成像为了确保透射电镜的分辨本领，物镜的孔径半角必须很小，即采用小孔径角成像。一般是在物镜的背焦平面上放一称为物镜光阑的小孔径的光阑来达到这个目的。由于物镜放大倍数较大，其物平面接近焦点，若物镜光阑的直径为D，则物镜孔径半角α可用下式来表示:

α=D/2f小孔径角成像意味着只允许样品散射角小于α的散射电子通过物镜光阑成像,所有大于α的都被物镜光阑挡掉,不参与成像。

定义散射角大于α的散射区为散射截面。显然,若使αn=αe=α,则表示,凡落入散射截面以内的入射电子不参与成像,而只有落在散射截面以外的才参与成像。3.质厚衬度原理

设电子束射到一个原子量为M、原子序数为Z、密度为ρ和厚度为t的样品上,若入射电子数为n,通过厚度为dt后不参与成象的电子数为dn,则入射电子散射率为单位体积样品中包含的原子个数单个原子的散射截面每单位体积样品的散射面积厚度为dt的晶体总散射截面将上式积分，得:



式中N0为入射电子总数(即t=0时的n值)，N为最后参与成像的电子数。当其他条件相同时,像的质量决定于衬度（像中各部分的亮度差异）。

现在讨论的这种差异是由于相邻部位原子对入射电子散射能力不同,因而通过物镜光阑参与成像的电子数也不同形成的。令N1为A区样品单位面积参与成像的电子数，N2为B区样品单位面积参与成像的电子数，则A.B两区的电子衬度G为质厚衬度表达式将上式展成级数，并略去二级及其以后的各项，得:

将?t称为质量厚度。对于大多数复型来说,因其是用同一种材料做的,上式可写为

即衬度G取决于质量厚度ρt,这就是所谓质量厚度衬度(简称质厚衬度)的来源。实际上,这里G仅与厚度有关,即当A.B两区不是由同一种物质组成时，衬度不仅取决于样品的厚度差，还取决于样品的原子序数差。

同样的几何厚度，含重原子散射作用强，相应的明场像暗；反之，由轻原子组成的区域，散射作用弱，相应的明场像亮．

复型样品的制备中，常采用真空镀膜投影的方法，由于投影（重）金属或萃取第二相粒子的原子序数总是比复型材料大得多，所以经过投影的复型图像衬度要高得多。早期透射电子显微镜的制造水平有限和制样水平不高，难以对实际样品进行直接观察分析，主要使用复型技术，通过样品的质厚衬度像进行观察分析.所谓复型，就是把样品表面形貌复制出来，实际上是一种间接或部分间接的分析方法。复型法，分辨本领较低，因此，不能充分发挥透射电镜高分辨率(0.2-0.3nm)的效能。更重要的是，复型(除萃取复型外)只能观察样品表面的形貌，而不能揭示晶体内部组织的结构。近年来扫描电镜显微镜分析技术和金属薄膜技术发展很快，复型技术几乎为上述两种分析方法所代替。但是，用复型观察断口比扫描电镜的断口清晰以及复型金相组织和光学金相组织之间的相似