第3讲-透射电镜的结构

透射电镜需要两部分电源：
一是供给电子枪的高压部分。
二是供给电磁透镜的低压稳流部分。
作
用：调节电磁透镜电流、改变功 能等。
电源的稳定性是电镜性能好坏的一个极为重
要的标志。对供电系统的主要要求是产生高 稳定的加速电压和 各透镜的激磁电流。

近代仪器除了上述电源部分外，尚有自 动操作程序控制系统和数据处理的计算机系 统。
暗场像
成像放大系统
高衬度物镜光栏
成像放大系统
5） 中间镜
成像放大系统
作 用：放大物镜所产生的像和衍射谱。 如果中间镜的物平面在物镜的像平面
上 — 放大像。 如果中间镜的物平面在物镜的焦平面 上 — 放大衍射谱。
电镜总的放大倍数： M=M物×M中×M投
6）投影镜：
投影镜作用
是把经中间镜形成的二次中间像及
光学显微镜和电镜路图比较
请看下图
1－照明源
2－阳极
3－光阑 4－聚光镜 5－样品 6－物镜 7－物镜光阑 8－选区光阑 9－中间镜 10－投影镜 11－荧光屏或照 相底片
Image Formation in TEM
Control brightness, convergence
binocular
第3讲 透射电子显微镜 (Transmission Electron Microscopy ——TEM)
JEM-2010透射 电子显微镜：
电子枪
试样架 镜筒 EDS探测器
观察室
扫描像观 察装置 扫描像照 相机
照相室
操作面板 EELS探 测器
2.1透射电镜的结构 (The structure of the transmission electron microscope)
Control contrast
screen
negatives
Ray Diagram for a TEM
成像原理
电子枪
电子
加速管加速 磁透镜
试样 成像放大系统 观察记录
A simple analogue
A better comparison
1、照明系统(Lighting system) 1)电子枪：
目前，实际的分辨本领为0.2纳米。
成像放大系统
为了减小物镜的球差和提高象的衬度，
采用物镜光栏和选区光栏。
3）物镜光栏：物镜的后焦面上 作 用: (1)减小球差、像散和色差,提高图象衬度 (2)进行明 — 暗场像观察
4）选区光栏：物镜的像平面上 作 用：对微区进行电子衍射分析。
成像放大系统
明场像
Z：0.2mm 马达驱动 (3)HT表示高倾转角：X： ±40o! Y ：±30o !

2.1.5 成像系统的合轴 及消像散（了解）
自学内容
本章小结
照明系统
电子枪 聚光镜 物镜
透射子 显微的 结构
电子光 学系统
物镜光栏
成像系统 选区光栏
中间镜
真空系统 电源及控 制系统 观察与记 录系统
投影镜
思考题
1、选区光栏的作用是什么？为什么放在物平
面上而不是放在试样表面上？
2、透射电子显微镜总放大倍数是如何控制的？
作业
1、透射电子显微镜中主要有哪些光栏？各自
有什么用途？
2、成像系统的主要构成及其主要功能是什么？
3、分别说明成像操作与衍射操作时各级透镜
（像平面与物平面）之间的相对位置关系， 并画出光路图。
场发射电子枪及原理示意图
热发射和场发射的电子枪
热发射的电子枪其主要缺点是枪体 的发射表面比较大并且发射电流难以控 制。 场发射枪的电子发射是通过外加电 场将电子从枪尖拉出来实现的。由于越 尖锐处枪体的电子脱出能力越大，因此 只有枪尖部位才能发射电子。这样就在 很大程度上缩小了发射表面。通过调节 外加电压可控制发射电流和发射表面。
照明系统
2)聚光镜(Condenser lens)

作
用：会聚电子枪发射出来的
电子束，以最小的损失照明样品， 调节照明强度、孔径角大小和束班
直径（即照射在样品上电子束的大
小）。
阴极（接负高压）
控制极（比阴极 负100~1000伏）
阳极 电子束 聚光镜
试样 照明部分示意图
照明系统
实验对聚光镜系统的要求：
2.1.2 真空系统
作 用：避勉高速运动电子与
空气分子作用发生电离。整个
电子通道从电子枪至照相底板 盒都必须置于真空系统之内。
要求真空度：10
-4~10-6乇。
机械泵抽低真空、扩散泵或 离子泵抽高真空。
Penning规和Pirani规真空测量
2.1.3 电子线路系统：
3)垂直和倾斜照明装置 (Vertical and tilt ighting equipment)
作
用：调整照明电子束与Biblioteka Baidu大
成像系统的合轴对中，保证电子
束沿一条直线运动
成像放大系统
•2、成像放大系统 •(Imige and magnify system)
物镜（Object lens）
物镜光栏(Objective aperture)
a) 会聚电子束直径在0.1μm以上； b) 在聚光镜与样品之间有较大的空间，
放置样品台、平移倾钭装置、消像散器等。
照明系统
双聚光镜的特点：
a) 第一聚光镜强聚焦，获得小束斑；
b) 第二聚光镜弱聚焦，将以上束斑放
大1~2倍，可增大样品室空间；
c) 调节灵活，第二聚光镜散焦可获得平行光照 明。 聚光镜光栏的作用：调节光强度，减小球差。
选区光栏(Regional elections aperture) 中间镜（I1、I2）(intermediate lens)
投影镜（P1、P2）(projector lens)
成像放大系统
2） 物
镜 (objective lens) ：
作 用：形成物的第一次高质量的放大像
和衍射谱。
来自试样不同点同方向同相位的弹性散
热阴极、栅极、阳极 作用：为电镜提供照明源 热阴极：发射电子 栅 极：控制电子束的形 状和强度； 阳 极：加速电子。
热电子发
钨灯丝 LaB6单晶 冷阴极FEG 热阴极FEG
射型枪
电子枪 场发射型枪 FEG
热电子发射型枪
W灯丝或LaB6晶体，一般由0.03~0.1mm钨丝作成V或Y形状。
场发射枪（Field-Emission Gun，FEG），
射束会聚于其后焦面上，构成含有试样 结构信息的散射花样或衍射花样；
。
2） 物 镜 (objective lens) ：
将来自试样同一点的不同方向的弹性散射束
会聚于其象平面上，构成与试样组织相对应
的显微像。
物镜的分辨率决定透射电镜分辨率
物镜的最短焦距可达1毫米，放大倍数
约为300倍，最佳分辨本领可达0.1纳米，
衍射谱放大到荧光屏上，形成最终
放大的电子像和衍射谱
成像放大系统
7）放大成像：
低倍成像、 中倍成像、 高倍成像、 选区电子衍射。
物 物镜 衍射谱 选区光阑 一次像 中间镜
二次像 投影镜
三次像 （荧光屏） （a）高放大率
（b）衍射
（c）低放大率
成 像 系 统 光 路 图
3、观察与记录系统 观 察：荧光屏； 记 录：胶片、CCD摄像头(成像板)
holder
a split polepiece objective lens
Double tilt heating
Twin specimen holder
Heating and straining
2010 (HT) 的测角台
(1) 2级真空自动空气锁机构 (2)移动范围：X、Y：1mm
马达驱动
电子光学系统(Electro-optical systems)
真空系统(Vacuum system） 电源及控制系统（Power supply and
Electron asisstant system)
电子光学系统
2.1.1电子光学系统(Electro-optical systems)
2.1.4 样品台(Specimen Holder )
1、对样品台的要求：
1）样品和样品架之间应有良好的热、电接
触； 2）尽可能小的漂移； 3）能够进行平移、旋转、倾斜操作等。 2、 分 类：侧插式、顶插式
各种支持网形状
双 傾 台
Specimen Holder
Rotation, tilting, heating, cooling and straining beam