residue gas can contaminate the specimen seriously.
真空的分类及单位
Rough vacuum ~1 _ 10-3 torr low vacuum ~ 10-3 _ 10-6 torr high vacuum (HV) ~ 10-6 _ 10-9 torr ultrahigh vacuum (UHV) ~ 10-9 _ 10-11 torr
1.物镜
物镜是用来形成第一幅高分辨电子显 微图象或电子衍射花样的透镜。电镜 的分辨率主要取决于物镜，必须尽可 能降低像差。 物镜通常为强励磁、短焦透镜（f = 1-3 mm，M=100—200×） 为进一步减小物镜球差，在物镜后焦 面上安放物镜光阑。 在新的电镜中，物镜皆由两部分组成， 分为上物镜和下物镜，试样置于上下 物镜之间，上物镜起强聚光作用，下 物镜起成象放大作用。
（b）低倍成像
（荧光屏）
（c）极低倍成像
21
成像/衍射模式选择
Objective lens
Intermediate lens
Projector lens Image on Screen
Objective lens
Intermediate lens
Projector lens
Diffraction pattern on screen
观察和记 录系统
荧光屏 照相机 计算机
4
电子光学系统
5
照明系统
➢ 组成：由电子枪、聚 光镜以及相应的平移、 倾转和对中等调节装 置组成。
➢ 作用：是提供一束亮 度高、束斑小、照明 孔径半角小、平行度 好、束流稳定的照明 源。
1.电子枪
• 热阴极电子枪 • 场发射电子枪
W filament
LaB6 crystal
In the parallel-beam mode usually no need to change C1. adjust the C2 lens to produce an underfocused image of the C1 crossover.
focus underfocus overfocus
recording
TEM
Vacuum
system
Power Supply and control system
2
电子光学系统
Illumination system
Imaging system
Image viewing and recording
3
电子光 学系统
照明 系统
成像放 大系统
电子枪
聚光镜 试样室 物镜 中间镜 投影镜
An FEG tip (fine W needle)
100 kV加速电压下不同电子枪的比较
Working temperature (K) Current density (A/m2)
Crossover Size (m) Brightness (A/m2sr)
Energy spread (eV) Emission Current Stability (%/hr) Vacuum (Pa) Lifetime (hr)
Price
W 2700 5104
50 109 3 <1
10-2 100 cheap
LaB6 1700 1061Leabharlann 510101.5 <1
FEG 300 1010
<0.01 1013
0.3 5
10-4 500 expensive
10-8 >1000 Very expensive
2.聚光镜
聚光镜是用来会聚电子枪射出的电子 束，以最小的损失照明样品，调节照 明强度、孔径半角和束斑大小。一般 都采用双聚光镜系统，如图。
观察和记录系统
❖观察和记录系统包括荧光屏和照 相装置。 ❖荧光屏涂有在暗室操作条件下， 人眼较敏感、发绿光的荧光物质， 有利于高放大倍数、低亮度图像的 聚集和观察。 ❖ 照相装置是一个装在荧光屏下面， 可以自动换片的照相暗盒。胶片是 一种对电子束曝光敏感、颗粒度很 小的溴化物乳胶底片，为红色盲片， 曝光时间很短，一般只需几秒钟。 ❖新型电镜均采用电磁快门，与荧 光屏联动。有的装有自动曝光装置。 现代电镜已开始装有电子数码照相 装置，即CCD相机。
物镜 中间镜 投影镜
成像放大系统
成像放大系统包括： •物镜 •中间镜 •投影镜 •物镜光阑 •选区衍射光阑
Specimen Objective lens Objective aperture SAD aperture Intermediate lens Projector lens
Screen
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TEM常用真空泵
pump Mechanical (rotary) pump
Diffusion Pump (DP)
Turbomolecular Pump,
Ion Pump
vacuum ~10-3 torr
10-3~10-11 torr
From ambient pressure to UHV
feature Very reliable, relatively inexpensive, noisy and dirty Very reliable, vibration-free, need external water-cooling, contaminate the vacuum in the TEM Very quiet, almost vibration-free, no contamination
3.投影镜
投影镜将中间镜所成的显微图像 或衍射花样成像于荧光屏；
它是一个短焦距的强磁透镜；
投影镜的激磁电流是固定的；
成像电子束进入投影镜时孔径角 很小，因此它的景深和焦深都非常 大。
✓景深大，改变中间镜放大倍数， 使总倍数变化，也不影响图象清 晰度
✓焦深长，放宽对荧光屏和底片平 面严格位置要求。
Objective lens
试样架
支持网
D=3 mm
表面有支持膜
A variety of specimen support grids of different mesh size and shape
物镜极靴 剖面图
Specimen
Objective lens
Back Focal Plane Image Plane
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2.中间镜
中间镜将物镜所成的一次显微 图像或衍射花样成像于投影镜的 物平面上；
弱励磁、长焦距、变倍率透镜， 放大倍数可调节0-20×；
Objective lens
Intermediate lens
Intermediate lens
Projector lens
Screen
4.物• 镜选光区阑光阑（ Diffraction lens holders）
物镜光阑又称为衬度光 阑，通常放在物镜的后焦面
由光上阑。架无和磁金光属阑制孔成（组pt成、mo
等)。常用物镜光阑孔的直 径是20～120μm范围。
第一聚光镜是强激磁透镜，束斑缩小 率为10～50倍左右，将电子枪第一交 叉点束斑缩小为1～5μm；
第二聚光镜是弱激磁透镜，适焦时放 大倍数为2倍左右。结果在样品平面上 可获得2～10μm的照明电子束斑。 （控制照明面积、会聚角)
双聚光镜照明系统光路图
focus underfocus overfocus
SI unit: pascal (Pa) non-SI unit: torr, bar 1 torr is ~ 133 Pa 1 Pa is 7.5 10-3 Torr
TEM对真空度的要求
10-7 torr for TEM 10-9 torr for UHV TEM 10-11 torr for gun region of FEG TEM
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照明系统
Two different ways to use the illumination system
form a parallel beam (used for TEM imaging and diffraction)
form a convergent beam (used for STEM imaging, microanalysis, and microdiffraction)
其他部分
电源 计算机控制系统
TEM工作条件要求：
电源的稳定性 无机械振动 房间无电磁波干扰
试样室及样品的制备
试样室
试样室位于照明部分和物镜之间，主要作用是通过试样台承载试样，平移， 倾斜，旋转试样。必要时还可以安装加热、冷却样品装置。
试样架
heating holder cooling holder double-tilt holder single-tilt holder
Parallel Beam mode
Parallel illumination is essential to get the sharpest diffraction patterns as well as the best image contrast.
In the traditional TEM mode the first two condenser lenses (C1,C2) are adjusted to illuminate the specimen with a parallel beam of electrons typically several micrometers across.
第二章 透射电子显微镜
Transmission Electron Microscope (TEM)
1
第一节 透射电子显微镜的主要结构