第三章 透射电子显微镜成象原理与图象解释 苏五长 有一太
苏 玉 长 第三章 透射电子显微镜成象原理与图象解释
金相显微镜及扫描电镜均只能观察物质表面 的微观形貌,它无法获得物质内部的信息。而 透射电镜由于入射电子透射试样后,将与试样 内部原子发生相互作用,从而改变其能量及运 动方向。显然,不同结构有不同的相互作用。 这样,就可以根据透射电子图象所获得的信息 来了解试样内部的结构。由于试样结构和相互 作用的复杂性,因此所获得的图象也很复杂 它不象表面形貌那样直观、易懂。 苏五长 有一太
苏 玉 长 金相显微镜及扫描电镜均只能观察物质表面 的微观形貌，它无法获得物质内部的信息。而 透射电镜由于入射电子透射试样后，将与试样 内部原子发生相互作用，从而改变其能量及运 动方向。显然，不同结构有不同的相互作用。 这样，就可以根据透射电子图象所获得的信息 来了解试样内部的结构。由于试样结构和相互 作用的复杂性，因此所获得的图象也很复杂。 它不象表面形貌那样直观、易懂
因此,如何对一张电子图象获得的信息作出 正确的解释和判断,不但很重要,也很困难。 必须建立一套相应的理论才能对透射电子象作 出正确的解释。如前所述电子束透过试样所得 到的透射电子束的强度及方向均发生了变化, 由于试样各部位的组织结构不同,因而透射到 荧光屏上的各点强度是不均匀的,这种强度的 不均匀分布现象就称为衬度,所获得的电子象 称为透射电子衬度象。 其形成的机制有两种: 苏五长
苏 玉 长 因此，如何对一张电子图象获得的信息作出 正确的解释和判断，不但很重要，也很困难。 必须建立一套相应的理论才能对透射电子象作 出正确的解释。如前所述电子束透过试样所得 到的透射电子束的强度及方向均发生了变化， 由于试样各部位的组织结构不同，因而透射到 荧光屏上的各点强度是不均匀的，这种强度的 不均匀分布现象就称为衬度，所获得的电子象 称为透射电子衬度象。 其形成的机制有两种：
1相位衬度 如果透射束与衍射束可以重新组合,从而保持它们的 振幅和位相,则可直接得到产生衍射的 那些晶面的晶格象,或者一个个原子的晶体结构象 仅适于很薄的晶体试样(≈100A 2.振幅衬度 振幅衬度是由于入射电子通过试样时,与试样内原子 发生相互作用而发生振幅的变化,引起反差。振幅衬 度主要有质厚衬度和衍射衬度两种: 苏五长 有一太
苏 玉 长 1.相位衬度 如果透射束与衍射束可以重新组合，从而保持它们的 振幅和位相，则可直接得到产生衍射的 那些晶面的晶格象，或者一个个原子的晶体结构象。 仅适于很薄的晶体试样(≈100Å)。 2. 振幅衬度 振幅衬度是由于入射电子通过试样时，与试样内原子 发生相互作用而发生振幅的变化，引起反差。振幅衬 度主要有质厚衬度和衍射衬度两种：
①质厚衬度 由于试样的质量和厚度不同,各部分对入射电 子发生相互作用,产生的吸收与散射程度不同 而使得透射电子束的强度分布不同,形成反差, 称为质-厚衬度。 ②衍射衬度 衍射衬度主要是由于晶体试样满足布拉格反射 条件程度差异以及结构振幅不同而形成电子图 象反差。它仅属于晶体结构物质,对于非晶体 试样是不存在的 苏五长 有一太
苏 玉 长 ① 质厚衬度 由于试样的质量和厚度不同，各部分对入射电 子发生相互作用，产生的吸收与散射程度不同， 而使得透射电子束的强度分布不同，形成反差， 称为质-厚衬度。 ② 衍射衬度 衍射衬度主要是由于晶体试样满足布拉格反射 条件程度差异以及结构振幅不同而形成电子图 象反差。它仅属于晶体结构物质，对于非晶体 试样是不存在的
第一节质厚衬度原理 由于质厚衬度来源于入射电子与试样物质发 生相互作用而引起的吸收与散射。由于试样很 薄,吸收很少。衬度主要取决于散射电子(吸 收主要取于厚度,也可归于厚度),当散射角 大于物镜的孔径角时,它不能参与成象而相应 地变暗这种电子越多,其象越暗或者说,散射本 领大,透射电子少的部分所形成的象要暗些,反 之则亮些 苏五长 有一太
苏 玉 长 第一节 质厚衬度原理 由于质厚衬度来源于入射电子与试样物质发 生相互作用而引起的吸收与散射。由于试样很 薄，吸收很少。衬度主要取决于散射电子（吸 收主要取于厚度，也可归于厚度），当散射角 大于物镜的孔径角α时,它不能参与成象而相应 地变暗.这种电子越多,其象越暗.或者说,散射本 领大,透射电子少的部分所形成的象要暗些,反 之则亮些
对于透射电镜试样,由于样品较厚,则质厚衬度 可近似表示为: Gpt=N(o2p2t2/A2-6opt1/A1)(4-1) 其中 02.001 原子的有效散射截面 A.A 2 试样原子量 p2p 样品密度 试样厚度 阿佛加德罗常数 苏五长 有一太
苏 玉 长 • 对于透射电镜试样,由于样品较厚，则质厚衬度 可近似表示为: Gρt = N(δ02ρ2 t2 /A2 - δ01ρ1 t1 /A1 ) (4-1) 其中 δ02.δ01 --- 原子的有效散射截面 A2 . A1 --- 试样原子量 ρ2 . ρ1 --- 样品密度 t2 , t1 --- 试样厚度 N --- 阿佛加德罗常数
对于复型试样 oo2=oo1A1=A2p1→p2 则有Gpt=N(6p(t2-t)/A) =N(6p△t/A)(4-2) 即复型试样的质厚衬度主要取决于厚度, 对于常数复型,则其衬度差由式(4-1)决定, 即由质量与厚度差共同决定,故(4-1)称为 质量衬度表达式。 苏五长 有一太
苏 玉 长 • 对于复型试样 σ02 =σ01 A1=A2 ρ1=ρ2 则有 Gρt = N(δ0ρ(t2 -t1 ) /A) = N (δ0ρ△t /A ) (4-2) 即复型试样的质厚衬度主要取决于厚度, 对于常数复型,则其衬度差由式(4-1)决定, 即由质量与厚度差共同决定,故(4-1)称为 质量衬度表达式
散射截面 弹性:n=ze/ua6n=兀%n2 丌(z2e2/u2a) 非弹性:Yc=e y/ua6e=πy zoe- ZIYe 60=6n +zoe 6n/z6e=z表明原子序数越大,弹性散射的比例 就越大弹性散射是透射电子成像的基础,而非 弹性散射主要引起背底增强,试图象反差下降。 苏五长
苏 玉 长 散射截面: 弹性: γn = z e/ u α бn=π γn 2 = π(z 2e 2 / u 2α) 非弹性: γ e = e/ u α бe= π γ e 2 zбe= zπ γ e 2 б o= бn + zбe бn / zбe = z 表明原子序数越大,弹性散射的比例 就越大,弹性散射是透射电子成像的基础,而非 弹性散射主要引起背底增强,试图象反差下降
第二节衍射衬度形成机理 眀场像与暗场像 前面已经讲过衍射衬度是来源于晶体试样各部 分满足布拉格反射条件不同和结构振幅的差异 (如图)。 设入射电子束恰好与试样OA晶粒的(h1k1)平面 交成精确的布拉格角θ,形成强烈衍射,而OB 晶粒则偏离 Bragg反射,结果在物镜的背焦面 上出现强的衍射斑h1k1,若用物镜光栏将该强 斑束hk1挡住,不让其通过,只让透射束通过, 这样,由于通过OA晶粒的入射电子受到(h1k1) 苏五长 二太
苏 玉 长 第二节 衍射衬度形成机理 明场像与暗场像 • 前面已经讲过,衍射衬度是来源于晶体试样各部 分满足布拉格反射条件不同和结构振幅的差异 （如图）。 设入射电子束恰好与试样OA晶粒的(h1k1 l1 )平面 交成精确的布拉格角θ，形成强烈衍射，而OB 晶粒则偏离Bragg反射，结果在物镜的背焦面 上出现强的衍射斑h1k1 l1。若用物镜光栏将该强 斑束h1k1 l1挡住，不让其通过，只让透射束通过， 这样，由于通过OA晶粒的入射电子受到(h1k1 l1 )