透射電子顯微鏡的結(jié)構(gòu)與成像原理介紹

透射電子顯微鏡的結(jié)構(gòu)與成像原理
透射電子顯微鏡是以波長(zhǎng)極短的電子束作為照明源，用電磁透鏡聚焦成像的一種高分辨率、高放大倍數(shù)的電子光學(xué)儀器。
There are four main components to a transmission electron microscope:
(1) an electron optical column
(2) a vacuum system
(3) the necessary electronics (lens supplies for focusing and deflecting the beam and the high voltage generator for the electron source)
(4) software

電子光學(xué)系統(tǒng)（鏡筒）（an electron optical column）是其核心，它的光路圖與透射光學(xué)顯微鏡相似，如圖所示，包括：照明系統(tǒng)，成像系統(tǒng)，觀察記錄系統(tǒng)。

圖2-1 投射顯微電鏡構(gòu)造原理和光路

照明系統(tǒng)
組成：由電子槍、聚光鏡（1、2級(jí)）和相應(yīng)的平移對(duì)中、傾斜調(diào)節(jié)裝置組成。
作用：提供一束亮度高、照明孔徑角小、平行度高、束斑小、束流穩(wěn)定的照明源。為滿足明場(chǎng)和暗場(chǎng)成像需要，照明束可在20-30范圍內(nèi)傾斜。
1. 電子槍
電子槍是電鏡的電子源。其作用是發(fā)射并加速電子，并會(huì)聚成交叉點(diǎn)。 目前電子顯微鏡使用的電子源有兩類：
熱電子源——加熱時(shí)產(chǎn)生電子，W絲，LaB6
場(chǎng)發(fā)射源——在強(qiáng)電場(chǎng)作用下產(chǎn)生電子，場(chǎng)發(fā)射電鏡FE
熱陰極電子源電子槍的結(jié)構(gòu)如圖2-2所示，形成自偏壓回路，柵極和陰極之間存在數(shù)百伏的電位差。電子束在柵極和陽極間會(huì)聚為尺寸為d0的交叉點(diǎn)，通常為幾十um。 柵極的作用：限制和穩(wěn)定電流。

2. 聚光鏡
從電子槍發(fā)射出的電子束，束斑尺寸大，相干性差，平行度差，為此，需進(jìn)一步會(huì)聚成近似平行的照明來，這個(gè)任務(wù)由聚光鏡實(shí)現(xiàn)，通常有兩級(jí)聚光鏡來聚焦。如圖2-3。

C—為強(qiáng)磁透鏡，
C—弱磁透鏡，長(zhǎng)焦，小α。 2
􀁺 為了調(diào)整束斑大小還在C2聚光鏡下裝一個(gè)聚光鏡光欄。通常經(jīng)二級(jí)聚光后可獲得N，um的電子束斑。
􀁺 同時(shí)，為了減小像散，在C下還要裝一個(gè)消像散器，以校正磁場(chǎng)成軸對(duì)稱性的。 2
􀁺 電子槍還可以傾斜2—30，以實(shí)現(xiàn)中心磁場(chǎng)成像。

圖2-3 照明系統(tǒng)光路圖
2.1.2 成像系統(tǒng)
由物鏡、物鏡光欄、選區(qū)光欄、中間鏡（1、2）和投影鏡組成.

1） 物鏡：強(qiáng)勵(lì)磁短焦透鏡（f=1-3mm）,放大倍數(shù)100—300倍。
作用：形成第一幅放大像
2） 物鏡光欄：裝在物鏡背焦面，直徑20—120um，無磁金屬制成。
作用：a.提高像襯度，b.減小孔經(jīng)角，從而減小像差。C.進(jìn)行暗場(chǎng)成像
3） 選區(qū)光欄：裝在物鏡像平面上，直徑20-400um，
作用：對(duì)樣品進(jìn)行微區(qū)衍射分析。
4） 中間鏡：弱壓短透鏡，長(zhǎng)焦，放大倍數(shù)可調(diào)節(jié)0—20倍
作用a.控制電鏡總放大倍數(shù)。B.成像/衍射模式選擇。
5） 投影鏡：短焦、強(qiáng)磁透鏡，進(jìn)一步放大中間鏡的像。投影鏡內(nèi)孔徑較小，使電子束進(jìn)入投影鏡孔徑角很小。
小孔徑角有兩個(gè)特點(diǎn)：
a. 景深大，改變中間鏡放大倍數(shù)，使總倍數(shù)變化大，也不影響圖象清晰度。
b. 焦深長(zhǎng)，放寬對(duì)熒光屏和底片平面嚴(yán)格位置要求。
注意：有些電鏡還裝有附加投影鏡，用以自動(dòng)校正磁轉(zhuǎn)角。
2.1.3 觀察記錄系統(tǒng)
觀察和記錄系統(tǒng)包括熒光屏和照相機(jī)構(gòu)。熒光屏涂有在暗室操作條件下，人眼較敏感、發(fā)綠光的熒光物質(zhì)，有利于高放大倍數(shù)、低亮度圖像的聚集和觀察。 照相機(jī)構(gòu)是一個(gè)裝在熒光屏下面，可以自動(dòng)換片的照相暗盒。膠片是一種對(duì)電子束曝光敏感、顆粒度很小的溴化物乳膠底片，為紅色盲片，曝光時(shí)間很短，一般只需幾秒鐘。新型電鏡均采用電磁快門，與熒光屏聯(lián)動(dòng)。有的裝有自動(dòng)曝光裝置?，F(xiàn)代電鏡已開始裝有電子數(shù)碼照相裝置，即CCD相機(jī)。