分析透射电子显微镜 JEM200CX
分析透射电子显微镜JEM2010
分析型透射电子显微镜
超高压电 镜
TEM发展简史
1924年de Broglie提出波粒二象性假说 1926 Busch指出“具有轴对称性的磁场对电子束
起着透镜的作用，有可能使电子束聚焦成像”。 1927 Davisson & Germer, Thompson and Reid 进行
二、成像系统
1、物镜 2、中间镜 3、投影镜
成像系统
（一）物镜 物镜作用：成像系统的第一级
放大透镜，形成第一幅高分辨 率电子显微图像和电子衍射花 样。 物镜特点：强激磁、短焦距 （1-3mm），高放大倍数， 高分辨率。
物镜决定透射电子显微镜分辨 本领
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0.1nm左右。
§ 9-1 透射电子显微镜的结构和成像机理
5万倍
§ 9-1 透射电子显微镜的结构和成像机理
规则微孔
孔径: 6.2 Å
§ 9-1 透射电子显微镜的结构和成像机理
规则介孔
孔径: 7-8 nm
§ 9-1 透射电子显微镜的结构和成像机理
透射电子显微镜的组成结构
通常透射电镜由电子 光学系统、电源与控 制系统、真空系统、 和循环冷却系统组成， 其中电子光学系统是 电镜的主要组成部分。
§ 9-1 透射电子显微镜的结构和成像机理
电子光学系统组成结构
1.照明系统： 电子枪＋聚光镜
2.成像系统： 物镜＋中间镜＋投影镜
3.观察记录系统： 荧光屏＋照相底片
§ 9-1 透射电子显微镜的结构和成像机理
一、照明系统
照明系统主要组成： 电子枪+平移对中、 倾斜调节装置+聚光 镜
照明系统的作用：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。
GaP纳米线的形貌及其衍射花样
为什么要用TEM?
2）高的图像分辨率。
0.61 r0 nsin
不同加速电压下电子束的波长
V(kV) 100 200 300 1000
(Å) 0.0370 0.0251 0.0197 0.0087
纳米金刚石的高分辨图像
为什么要用TEM?
3）获得立体丰富的信息。
三极管的沟道边界的高分辨环形探测器（ADF）图像及能量损失谱
（三）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
透射电镜的外观照片
§ 9-1 透射电子显微镜的结构和成像机理
透射电子显微镜的组成结构 照明系统
电子光学系统 成像系统 观察记录系统
电源与控制系统
TEM
真空系统
循环冷却系统
电子光学系统组成
电 电子枪 照明部分 子 聚光镜
光 样品台 样品装置部分
学 物镜
系 中间镜
成像部分
统 投影镜
荧光屏 照相底片
观察记录部分
大学物理系 A.Howie （建立了直接观察薄晶体缺陷和结构的实验技术及电
子衍射衬度理论） 高分辨像理论（70年代初）： 美国阿利桑那州立大学物理系J.M.Cowley，70年代发展
了高分辨电子显微像的理论与技术。 高空间分辨分析电子显微学（ 70年代末，80年代初）
采用高分辨分析电子显微镜（HREM，NED，EELS, EDS）对很小范围（～5Å）的区域进行电子显微研 究（像，晶体结构，电子结构，化学成分）
（一）物镜
提高物镜分辨率的措施：
1. 物镜的分辨率主要取决于极靴的形状和加工精 度。一般来说，极靴的内孔和上下极之间的距 离越小，物镜的分辨率越高。
2. 在物镜的后焦面上安放一个物镜光阑。物镜光 阑不仅具有减少球差，像散和色差的作用，而 且可以提高图像的衬度。
光学透镜的焦距是固定的。电磁透镜的焦距是可以 通过调节电流大小来改变。
了电子衍射实验。 1933年柏林大学的Knoll和Ruska研制出第一台电
镜（点分辨率50nm, 比光学显微镜高4倍)，Ruska 为此获得了Nobel Prize（1986）。 1949年Heidenreich观察了用电解减薄的铝试样；
近代TEM发展史上三个重要阶段
像衍理论(50－60年代)： 英国牛津大学材料系 P.B.Hirsch, M.J.Whelan；英国剑桥
§ 9-1 透射电子显微镜的结构和成像机理
（一）电子枪
§ 9-1 透射电子显微镜的结构和成像机理
（二）聚光镜
§ 9-1 透射电子显微镜的结构和成像机理
一、照明系统（二）聚光镜
聚光镜：会聚电子枪射 出的电子束，以最小的 损失照射样品，调节照 明强度、孔径角和束斑 大小
双聚光镜系统：第一聚 光镜是强激磁透镜；第 二聚光镜是弱激磁透镜
§ 9-1 透射电子显微镜的结构和成像机理
一、照明系统 灯丝
§ 9-1 透射电子显微镜的结构和成像机理
一、照明系统 （一）电子枪
透射电镜常用75-200k极＋栅极帽＋阳极，
栅极作用：限制和稳定电子 束流
电子源：阴极和阳极之间电 子束会集成的交叉点
电子源直径：几十个微米
第九章透射电子显微镜
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第九章 透射电子显 微镜
透射电镜结构与工作原理
§ 9-1 透射电子显微镜的结构和成像机理
透射电子显微镜 Transmission Electron Microscope, TEM 是以波长极短的电子束作为照明源、用电磁透镜聚焦成像的一 种高分辨本领、高放大倍数的电子光学仪器，是观察分析材料 的形貌、组织和结构的有效工具。
各国代表人物
美国伯克莱加州大学G.Thomas将TEM第一 个用到材料研究上。
日本岗山大学H. Hashimoto日本电镜研究 的代表人。
中国：钱临照、郭可信、李方华、叶恒强、 朱静。
国内电镜做得好的有：北京电镜室（物理 所）、沈阳金属所、清华大学。
为什么要用TEM?
1）可以实现微区物相分析。
在用透射电子显微镜进行图像分析时，物镜和样品 之间和距离固定不变的，（即物距L1不变）。因此 改变物理学电镜放大倍数进行成像时，主要是改变 物镜的焦距和像距（即f 和 L2）来满足成像条件。
（二）中间镜
作用：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。
特点：弱激磁，长焦距，可变 倍透镜，放大倍数0-20倍。