第二章透射电子显微镜结构1-1

第二章透射电子显微镜结构一、照明系统(电子光学系统) 二、成像系统 三、样品台 四、真空系统 五、稳压系统

透射电子显微镜概述 1透射电子显微镜 (TEM简称透镜)是以波长极短(10-2 Å )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。它由电子光 学系统(镜筒),电源和控制系统(包括电子枪高压电源，透镜电源，控制线路电源 等)和真空系统等部分组成。 光 路：镜筒是显微镜放大成像的核心部分，它的光路原理与透射型式的光学显微镜十 分相似，如图所示。本章主要介绍各部分的作用原理。 ( ) 透镜常用热阴极电子枪来获得电子束作为照明源。热阴极(如加热发夹形钨丝) 发射的电子在阳极加速电压的作用下，高速地穿过阳极孔，被聚光镜会聚成很细 的电子束照明样品。由于电子穿透能力很弱，样品要求做得很薄，如20OOÅ左右 (甚至10OOÅ)。透过样品的电子束强度取决于样品微区的厚度、平均原子序数、 晶体结构或位向的差别，经过物镜聚焦放大在其像平面上形成一幅反映样品微观 特征的高分辨的透射电子像。然后再经中间镜和投影镜进一步放大，投射到荧光 屏上，透射电子的强度分布转换为人眼直接可见的光强度分布，或由照相底片感 光记录，从而得到一幅具有一定衬度的高放大倍数的图像。 垂直结构：为了确保显微镜的高分辨本领，镜筒要有足够的刚度，一般做成直立积木 式结构，顶部是电子枪，接着是聚光镜、样品室、物镜、中间镜和投影镜，最下 部是荧光屏和照相装置。这样的结构既便于固定，又利于真空密封。

透射电子显微镜概述 2级 别：镜筒的复杂程度主要取决于显微镜的综合性能。简 易透射电子显微镜：(分辨本领劣于50Å)只有两个透镜。即物镜和投影镜； 普 通性能透射电子显微镜(分辨本领20一50Å)有四个透镜，即单聚光镜、物镜、 中间镜、投影镜和相应的机械式或电磁式对中装置； 高性能透射电子显微镜(分辨本领优于10Å,2Å)有5-6个(甚至7个)透镜，即双 聚 光镜、物镜、第一及第二中间镜、投影镜和比较完善的机械式或电磁式 对中装置。 图2,3,分别是机械式对中和电磁式对中的透射电子显微镜镜筒剖面图。 目前绝大多数透射电子显微镜都是电磁透镜式的，操作十分方便。只要转动 旋钮，就可以方便地改变相应透镜的激磁电流，改变照明电子束强度和照明孔 径角;改变放大倍数或聚焦。 样品台控制：利用装在镜筒外的样品移动杆，控制样品在一个精确的平面上平移， 以选择不同的视域供观察、记录。高性能透射电子显微镜还配备了精密的倾

斜 样品台，在观察过程调节薄晶体样品相对于电子束倾斜一定的角度 (最大可达 ±450或±600)以获得最佳的衬度以及在不同位向下的有用资料。

透射电子显微镜概述 3

高真空度：为了确保电子枪电极间电绝缘；防止成像电子在镜筒 内受气体分子碰撞而改变运动轨迹，减小样品污染，镜筒内接 触电子束的部分均需保持高真空，一般优于10-5-107τ(1τ=1mmHg) 高分辨：在现有的各种型式显微镜中，透射电子显微镜性能最高， 点分辨本领优于3-5Å,晶格分辨本领可达1~2Å ,放大倍数 高达数十万倍。而超高分辨本领的透射电子显微镜还能直接显 示固体晶格像和结构像，甚至可以用来观察重金属原子像。 超高压透镜：六十年代以来由于超高压 (加速电压500~3000kV)透 射电子显微镜的发展，使可观察样品的厚度提高到微米级，而 且还改善了图像的分辨率和衬度，引起了包括金属材料及工艺 在内的许多部门的重视。

透射电子显微镜结构