Company Logo
样品台与试样
Company Logo
透射电镜的主要部件---2电子束倾斜与平移装置
利用电磁偏转器可以使入射电子 束平移和倾斜。 右图为电子束平移和倾斜的原理 图，图中上、下两个偏转线圈偏 转的角度相等但方向相反，电子 束会进行平移运动，见图 (a)。 如果上偏转线圈使电子束顺时针 偏转θ角，下偏转线圈使电子束 逆时针偏转θ+β角，则电子束 相对于原来的方向倾斜了β角， 而入射点的位置不变，见图 （b）。利用电子束原位倾斜可 以进行所谓中心暗场成像操作。
Company Logo
成像系统
高性能的透射电镜大都采用5级透镜放大，即中间镜和投影镜有 两级，分第一中间镜和第二中间镜，第一投影镜和第二投影镜。
Company Logo
三、观察与记录系统
观察和记录装置包括荧光屏和照相机构，在荧光屏下面放 置一下可以自动换片的照相暗盒。照相时只要把荧光屏竖 起，电子束即可使照相底片曝光。由于透射电子显微镜的 焦长很大，虽然荧光屏和底片之间有数十厘米的间距，仍 能得到清晰的图像 。
聚光镜光阑
四个一组的光阑孔被安装在一个光阑杆的支架上（如图）， 使用时，通过光阑杆的分档机构按需要依次插入，使光阑 孔中心位于电子束的轴线上（光阑中心和主焦点重合）。 聚光镜光阑的作用是限制照明孔径角。在双聚光镜系统中， 安装在第二聚光镜下方的焦点位置。光阑孔的直径为20～ 400μm ， 作 一 般 分 析 观 察 时 ， 聚 光 镜 的 光 阑 孔 径 可 用 200～300μm，若作微束分析时，则应采用小孔径光阑。
Company Logo
主要内容
1
2 3 4
透射电子显微镜的结构
主要部件的结构 透射电子显微镜分辨率和放大倍数的测定 透射电镜的发展
Company Logo
7-1透射电子显微镜的结构
右图是透射电镜的外观照片。 通常透射电镜由电子光学系 统、电源系统、真空系统、 循环冷却系统和控制系统组 成，其中电子光学系统是电 镜的主要组成部分。
Company Logo
透射电镜的主要部件---4光阑
在透射电子显微镜中有许多 固定光阑和可动光阑，它们 的作用主要是挡掉发散的电 子，保证电子束的相干性和 照射区域。其中三种主要的 可动光阑是第二聚光镜光阑， 物镜光阑和选区光阑。光阑 都用无磁性的金属（铂、钼 等）制造。
Company Logo
Company Logo
选区光阑
选区光阑又称场限光阑或视场光阑。 为了分析样品上的一个微小区域，应该在样品上放一个光阑， 使电子束只能通过光阑限定的微区。对这个微区进行衍射分析 叫做选区衍射。由于样品上待分析的微区很小，一般是微米数 量级。制作这样大小的光阑孔在技术上还有一定的困难，加之 小光阑孔极易污染，因此，选区光阑都放在物镜的像平面位置。 这样布置达到的效果与光阑放在样品平面处是完全一样的。但 光阑孔的直径就可以做的比较大。如果物镜的放大倍数是50倍， 则一个直径等于50μm的光阑就可以选择样品上直径为1μm的 区域。 选区光阑同样是用无磁性金属材料制成的，一般选区光阑孔的 直径位于20～400μm范围之间，它可制成大小不同的四孔一组 或六孔一组的光阑片，由光阑支架分档推入镜筒。
Company Logo
物镜光阑
物镜光阑又称为衬度光阑，通常它被放在物镜的后焦面上。 常用物镜光阑孔的直径是20～120μm范围。 电子束通过薄膜样品后产生散射和衍射。散射角(或衍射角) 较大的电子被光阑挡住，不能继续进入镜筒成像，从而就会 在像平面上形成具有一定衬度的图像。光阑孔越小，被挡去 的电子越多，图像的衬度就越大，这就是物镜光阑又叫做衬 度光阑的原因。加入物镜光阑使物镜孔径角减小，能减小像 差，得到质量较高的显微图像。 物镜光阑的另一个主要作用是在后焦面上套取衍射束的斑点 （即副焦点）成像，这就是所谓暗场像。利用明暗场显微照 片的对照分析，可以方便地进行物相鉴定和缺陷分析。
Company Logo
中间镜
中间镜是一个弱激磁的长焦距变倍 透镜，可在0-20倍范围调节。当M>1 时，用来进一步放大物镜的像；当 M<1时，用来缩小物镜的像。在电镜 操作过程中，主要是利用中间镜的 可变倍率来控制电镜的放大倍数。 如果把中间镜的物平面和物镜的像 平面重合，则在荧光屏上得到一幅 放大像，这就是电子显微镜中的成 像操作，如图（a）所示。如果把中 间镜的物平面和物镜的后焦面重合， 则在荧光屏上得到一幅电子衍射花 样，这就是电子显微镜中的电子衍 射操作，如图（b）所示。
Company Logo
透射电镜的主要部件---3消像散器
消像散器可以是机械式的， 可以是电磁式的。 机械式的是在电磁透镜的磁 场周围放置几块位置可以调 节的导磁体，用它们来吸引 一部分磁场，把固有的椭圆 形磁场校正成接近旋转对称 的磁场。电磁式的是通过电 磁极间的吸引和排斥来校正 椭圆形磁场的。
Company Logo
光学显微镜和透射电镜光路图比较
光源 聚光镜 试样 物镜
电子枪
聚光镜
试样 物镜
中间象
目镜
中间象 投影镜
毛玻璃 照相底板
观察屏 照相底板
Company Logo
透射电镜的工作原理
工作原理： 电子枪发射的电子束在阳极加速电压作用下加速，经聚光镜 会聚成平行电子束照明样品，穿过样品的电子束携带样品 本身的结构信息，经物镜、中间镜、投影镜接力聚焦放大， 以图像或衍射谱形式显示于荧光屏。 成像原理与光镜相似，具体差异： 1）光镜用可见光作照明束，电镜以电子束作照明束。 2）光镜用玻璃透镜，电镜用电磁透镜。 3）光镜对组成相形貌分析，电镜兼有组成相形貌和结构分析。
Company Logo
灯丝
Company Logo
电子枪
图（a）为电子枪的自偏压 回路，自偏压回路可以起到 限制和稳定束流的作用。 图（b）是电子枪结构原理 图。在阴极和阳极之间的某 一地点，电子束会集成一个 交叉点，这就是通常所说的 电子源。交叉点处电子束直 径约几十个微米。
Company Logo
Company Logo
7-2 透射电镜的主要部件---1样品台
样品台的作用是承载 样品，并使样品能作 平移、倾斜、旋转， 以选择感兴趣的样品 区域或位向进行观察 分析。透射电镜的样 品是放置在物镜的上 下极靴之间，由于这 里的空间很小，所以 透射电镜的样品也很 小，通常是直径3mm 的薄片。
Company Logo
右图是电子光学系 统的组成部分示意 图。由图可见透射 电镜电子光学系统 是一种积木式结构， 上面是照明系统、 中间是成像系统、 下面是观察与记录 系统。
Company Logo
一、照明系统
照明系统主要由电子枪和聚光镜组成。 电子枪是发射电子的照明光源。 聚光镜是把电子枪发射出来的电子会聚而成的交叉点进一 步会聚后照射到样品上。 照明系统的作用就是提供一束亮度高、照明孔径角小、平 行度好、束流稳定的照明源。
Company Logo
场发射电子枪及原理示意图
Company Logo
二、成像系统
成像系统主要由物镜、中间镜和投影镜组成。 （一）物镜 物镜是用来形成第一幅高分辨率电子显微图像或电子衍射 花样的透镜。透射电子显微镜分辨本领的高低主要取决于 物镜。因为物镜的任何缺陷都被成像系统中其它透镜进一 步放大。欲获得物镜的高分辨率，必须尽可能降低像差。 通常采用强激磁，短焦距的物镜。 物镜是一个强激磁短焦距的透镜，它的放大倍数较高，一 般为100-300倍。目前，高质量的物镜其分辨率可达0投影镜
投影镜的作用是把经中间镜放大（或缩小）的像（电子 衍射花样）进一步放大，并投影到荧光屏上，它和物镜 一样，是一个短焦距的强磁透镜。投影镜的激磁电流是 固定的。 因为成像电子束进入投影镜时孔镜角很小（约10-3rad）, 因此它的景深和焦长都非常大。即使改变中间镜的放大 倍数，使显微镜的总放大倍数有很大的变化，也不会影 响图像的清晰度。有时，中间镜的像平面还会出现一定 的位移，由于这个位移距离仍处于投影镜的景深范围之 内，因此，在荧光屏上的图像仍旧是清晰的。
LOGO
第二篇 材料电子显微分析
第七章 透射电镜的结构
Company Logo
透射电子显微镜是利用电子的波动性来观察固体材料内部的各种缺 陷和直接观察原子结构的仪器。尽管复杂得多，它在原理上基本模 拟了光学显微镜的光路设计，简单化地可将其看成放大倍率高得多 的成像仪器。一般光学显微镜放大倍数在数十倍到数百倍，特殊可 到数千倍。而透射电镜的放大倍数在数千倍至一百万倍之间，有些 甚至可达数百万倍或千万倍。 目前，风行于世界的大型电镜，分辨本领为2~3Å ，电压为 100~500kV，放大倍数50~1200,000倍。由于材料研究强调综合分 析，电镜逐渐增加了一些其它专门仪器附件，如扫描电镜、扫描透 射电镜、X射线能谱仪、电子能损分析等有关附件，使其成为微观 形貌观察、晶体结构分析和成分分析的综合性仪器，即分析电镜。 它们能同时提供试样的有关附加信息。 高分辨电镜的设计分为两类：一是为生物工作者设计的，具有最佳 分辨本领而没有附件；二是为材料科学工作者设计的，有附件而损 失一些分辨能力。另外，也有些设计，在高分辨时采取短焦距，低 分辨时采取长焦距。
Company Logo
电子枪
电子枪是透射电子显微镜的电子源。 常用的是热阴极三极电子枪，它由发夹形钨丝阴极、栅极帽 和阳极组成。 阴极：称灯丝，一般是由0.03~0.1毫米的钨丝作成V或Y形状。 阳极：加速从阴极发射出的电子。为了安全，一般都是阳极接 地，阴极带有负高压。 栅极：称控制极。会聚电子束；控制电子束电流大小，调节象 的亮度。 阴极、阳极和控制极决定着电子发射的数目及其动能，因此， 人们习惯上把它们通称为“电子枪”。
Company Logo
照明部分示意图