电子显微分析试题集

电子显微技术一、名词解释1.数值孔径2.景深与焦长3.齐焦4.像差5.色差6.电子探针二、选择题1.适于观察细胞复杂网络如内质网膜系统、细胞骨架系统的三维结构的显微镜是( )A．普通光学显微镜B．荧光显微镜C．相衬显微镜D．激光扫描共聚焦显微镜2. 下面对透射电镜描述不正确的是( )A．利用泛光式电子束和透射电子成像B．观察细胞内部超微结构C．发展最早,性能最完善D．景深长、图像立体感强3. 电子散射少、对样品损伤小、可用于观察活细胞的电子显微镜是( )A．普通透射电镜B．普通扫描电镜C．超高压电镜D．扫描隧道显微镜4. 物象在低倍镜（10X）下清晰可见，换高倍镜（40X）后看不见了，这是因为( )A．玻片放反了B．高倍物镜故障C．物象不在视野正中央D．焦距没调好5. 用于透射电镜的超薄切片厚度通常为( )A．50 nm ～100nmB．0.2μmC．10μmD．2nm6. 关于扫描隧道显微镜(STM)，下列叙述错误的是( )A．STM是IBM苏黎世实验室的Binnig等人在1981年发明的B．可直接观察到DNA、RNA和蛋白等生物大分子C．仅可在真空条件下工作D．依靠一极细的金属针尖在标本表面扫描来探测标本的形貌7. 下面哪一种措施与提高显微镜分辨能力无关( )A．使用放大倍率较高的目镜B．使用折射率高的介质C．扩大物镜直径D．使用波长较短的光源8. 透射电镜的反差取决于样品对( )的散射能力A．二次电子B．入射电子C．样品质量厚度D．样品性质9. 仅仅反映固体样品表面形貌信息的物理信号是( ) A．背散射电子B．二次电子C．吸收电子D．透射电子10. 透射电镜所具有的特征有( )A．分辨率高B．放大倍数高C．成像立体感强D．标本须超薄11. 电子枪产生的电子是( )A．入射电子B．俄歇电子C．弹性散射电子D．二次电子12. 电镜标本制备时常用的固定剂有( )A．锇酸B．戊二醛C．丙酮D．过碘酸13. 下面属于超高压电子显微镜的优点的是( ) A．可用于观察厚切片B．可以提高分辨率C．可提高图像质量D．减少辐射损伤范围14. 二次电子检测系统不包括( )A．收集体B．显像管C．闪烁体D．光电倍增管15. 扫描电镜的反差是由( )决定的A．吸收电子产率B．反射电子产率C．二次电子产率D．特征X射线产率三、判断题1.1938年，俄国工程师Max Knoll和Ernst Ruska制造出了世界上第一台透射电子显微镜(TEM)。

清华大学2007年电子显微分析期末考试试题考试科目：电子显微分析考试时间： 2007年试卷类型：本科期末Examination of Electron Microscopy and Analysis (Jan. 2007)Question sheet ADepartment: Name (in Chinese): Student ID No.:Section I Section II Section IIITotalScoreSection I. (20 marks. The answers should be written in English on this question sheet)1. There are two diffraction spots G1 and G2 in an electron diffraction pattern. The excitation error (s)of G1 is m and the excitation errorof G2 is 2m (m>0). Which diffraction spot looks brighter, G1 or G2?( ) (2 marks)2. The thickness of a TEM specimen is usually thinner than 100nm. Write out two TEM specimen preparation methods that can make TEM specimen of ceramic samples with the required thickness. ( ) (2 marks)3. You want to take an atomic resolution image of a specimen, but you do not want the image contrast to alter with a change in defocusing. Which technique should you use? (HRTEM, HAADF, EF-TEM) (2 marks)4. O Ka line is at 520eV and Cr La is at 590eV. If you want to separate them using an X-ray analysis technique in SEM, which technique should you use? ( ). If you want to distinguish diamond from graphite using microanalysis technique in TEM, which technique should you use ? ( ) If you want to determine if a materials is polycrystalline or amorphous using TEM, which technique should youuse?( ) (3 marks)5. The side length of the CRT of a SEM is 100mm and the scanning distance of the electron beam on an object in a specimen is 0.02mm. What is the real length of this object if the image of the object displayed on the CRT has a lengthof 5mm? ( ) (3marks)6. The Kikuchi lines can be used for measuring a small tilting angle. If you tilta sample holder by a small angle and the corresponding movement of the Kikuchi lines is 7mm, how many degree have you tilted (assume the camera length Lis 800mm) ? ( ) (4 marks)7. The TEM of a Philips CM-120 has an accelerating voltage of 120kV. What is the wavelength of the electron beam (Relativistic effects should be taken into account )? () Assume n=1 and sina=0.95, what is the theoretical resolution of this TEM. ( ) (4 marks)Section II. (30 marks. The answers should be written in English or Chinese on the answer book)1. Explain briefly what is a bright field (BF) image and what is a centered dark field (CDF) image. (The optical ray diagram of BF and CDF images should be drawn).(10 mar ks)2. What is the principle of observing defects in crystalline material using diffraction contrast imaging? Are the shape and size of the real defect the same as those of its diffraction contrast image? (Give an example to support your answer) (10 marks)3. The size of the selected area in selected area diffraction (SAD) of TEM depends on the size of the SAD aperture. Is it possible to obtain a SAD from an area of 0.05 mm in diameter if the size of the SAD aperture is 0.05mm? (The reason should be given). Are there any other methods that can be used to obtain a electron diffraction pattern from an area of 0.05 mm in size? (If yes, give the names of thetechniques.) (10 marks)Section III. (50 marks. The answers should be written in English on the answer book) 1． (1) Find the corresponding twin reflection of the matrix reflection (420) in an fcc material if [HKL]=111, and determine if the diffraction spots of the twin reflection superimpose with the diffraction spots of the matrix reflection?(2) Find the corresponding twin reflections of the matrix reflection (110) ina bcc material if [HKL]= 11, and determine if the diffraction spots of the twinreflection superimpose with the diffraction spots of the matrixreflection? (10 marks)2. The electron diffraction pattern of an fcc material is shown in the figure, whereR1＝R2=10mm, R3=16.3mm, the angle between R1 and R2 is q1＝70°, and the angle between R2 and R3 is q2＝35°. The camera constant Ll is 2.05mm · nm. Index the diffraction pattern and determine the crystal direction[uvw]. (20 marks)3. Plot out and superimpose the zero order and the lowest order of (111) Laue zone for a bcc system. (The details of the calculation must begiven) (20 marks)。

材料结构分析一、名词解释：球差:球差是由于电磁透镜的中心区域和边沿区域对电子的会聚能力不同而造成的。

色差：由于入射电子波长（或能量）不同造成的。

景深：指在保持像清晰的前提下，试样在物平面上下沿镜轴可移动的距离，或者说试样超越物平面所允许的厚度。

焦深（焦长）：指在保持像清晰的前提下，像平面沿镜轴可移动的距离，或者说观察屏或照相底版沿镜轴所允许的移动距离。

分辨率：成像物体上能分辨出的两个物点的最小距离明场像：让投射束通过物镜光阑所成的像暗场像：仅让衍射束通过物镜光阑所称的像消光距离：符合布拉格条件时透射波与衍射波之间能量交换或强度振荡的深度周期。

菊池花样：在稍厚的薄膜试样中观察电子衍射时，经常会发现在衍射谱的背景衬度上分布着黑白成对的线条。

这时，如果旋转试样，衍射斑的亮度虽然会有所变化，但它们的位置基本上不会改变。

但是，上述成对的线条却会随样品的转动迅速移动。

这样的衍射线条称为菊池线，带有菊池线的衍射花样称之为菊池衍射谱。

衍射衬度：衍射衬度是由于晶体薄膜的不同部位满足布拉格衍射条件的程度有差异而引起的衬度双光束条件：假设电子束穿过样品后，除了透射束以外，只存在一束较强的衍射束精确地符合布拉格条件，而其它的衍射束都大大偏离布拉格条件。

作为结果，衍射花样中除了透射斑以外，只有一个衍射斑的强度较大，其它的衍射斑强度基本上可以忽略，这种情况就是所谓的双光束条件。

电子背散射衍射：在扫描电子显微镜中，利用非弹性散射的背散射电子与晶体衍射后，在样品的背面得到的菊池衍射结果，其形成原理与TEM中的菊池衍射没有本质的区别二次电子：二次电子是被入射电子轰击出来并离开样品表面的核外电子，它来自于样品于距表面5～10nm深度范围，能量为0～50eV二次电子对样品表面形貌十分敏感，因此非常适合于表面形貌分析。

产额与原子序数之间没有明显的依赖关系，所以不能用它来进行成分分析。

背散射电子：是指被固体样品原子反弹回来的一部分入射电子，其中包括弹性背散射电子和非弹性背散射电子。

电子显微分析作业姓名：陈晋栋1、场发射扫描电镜(FSEM)为何具有更高的空间分辨率？叙述在纳米材料研究中的主要应用。

答：由于场发射电子枪发射出的电子束流所含电子密度高，电子束束斑小、能量高，电子束打在样品表面能都激发出更多的二次电子且打入的深度要比W灯丝的深，故场发射扫描电镜具有更高的空间分辨率。

FSEM在纳米材料的研究当中主要用来观察纳米材料的结构、形貌，在一定程度上可以进行微区的成分分析。

2、论述衍射衬度像在材料研究中的主要应用。

答：衍射衬度主要用来观察样品的缺陷，如层错、位错等。

样品微区晶体取向或者晶体结构不同，满足布拉格方程的程度不同，使得在样品下表面形成一个随位置分布不同而变化的衍射振幅分布，所以像的亮度随着衍射条件的不同而变化，产生衍射衬度。

衍射衬度对晶体结构和取向十分敏感，当样品中存在缺陷时，该处相对于周围晶体发生了微小的变化，导致缺陷处和周围晶体产生不同的衍射条件，进而形成不同的衬度，将缺陷显示出来。

3、何为结构像？HREM相位衬度像的主要影响因素？答：结构像是指像点与原子团或原子围城的通道对应，可以用结构进行直接解释。

HREM相位衬度的主要影响因素有：（1）电镜的球差，用球差系数Cs表示(spherical aberration coefficient)；（2）成像时的焦距位置，用离焦量△f 表示(defocus)偏离正焦的距离；（3）加速电压，它改变了电子束的波长λ；（4）电子束发散角α；（5）透镜的光阑尺寸D；（6）试样的厚薄。

4、STEM方式中HADDF高分辨像的原理和特点是什么？（与相位衬度像比较）答：HADDF高分辨像的成像原理：利用高角环形光阑收集STEM的衍射模式下的高角度漫散射的电子成像。

HADDF像的特点：HADDF的Z衬度像是一种非相干的成像，可以排除HREM由于相位衬度引起的像解析的复杂性，它的衬度依赖于原子序数Z，并不随着物镜的欠焦量和样品厚度的变化而发生衬度反转，比HREM像更容易解释。

第八章扫描电子显微分析
一、选择题
1. 在扫描电子显微镜中，下列二次电子像衬度最亮的区域是（）。

A.和电子束垂直的表面；
B. 和电子束成30º的表面；
C. 和电子束成45º的表面；
D. 和电子束成60º的表面。

3. 可以探测表面1nm层厚的样品成分信息的物理信号是（）。

A. 背散射电子；
B. 吸收电子；
C. 特征X射线；
D. 俄歇电子。

4. 扫描电子显微镜配备的成分分析附件中最常见的仪器是（）。

A. 波谱仪；
B. 能谱仪；
C. 俄歇电子谱仪；
D. 特征电子能量损失谱。

5. 波谱仪与能谱仪相比，能谱仪最大的优点是（）。

A. 快速高效；
B. 精度高；
C. 没有机械传动部件；
D. 价格便宜。

二、填空题
1.扫描电子显微镜的放大倍数是的扫描宽度与的扫描宽度的比值。

在
衬度像上颗粒、凸起的棱角是衬度，而裂纹、凹坑则是衬度。

2.分辨率最高的物理信号是为 nm，分辨率最低的物理信号是为
nm以上。

3.扫描电子显微镜可以替代进行材料观察，也可以对进行
分析观察。

三、名词解释
1.背散射电子
2.吸收电子
3.特征X射线
4.波谱仪
5.能谱仪。

电子显微学考试第一章复习题：1.什么是轴对称场？为什么电子只在轴对称场中聚焦和成像？所谓轴对称场，是指在这种场中，电位的分布对系统的主光轴具有旋转对称性。

非旋转对称磁场在不同方向会聚电子的能力是不同的。

因此，所有电子不能在轴上的同一点上会聚，就会出现象散。

2.磁透镜的像散是如何形成的？如何纠正？像散是由于透镜磁场的非旋转对称而引起的。

极靴内孔不圆、上下极靴的轴线错位、制作极靴的材料材质不均匀以及极靴孔周围局部污染等原因，都会使电磁透镜的磁场产生椭圆度。

透镜磁场的这种非旋转对称，使它在不同方向上的聚焦能力出现差别，结果使物点p通过透镜后不能在像平面上聚焦成一点。

像散消除器可以补偿像散。

3.什么是透镜畸变？为什么电子显微镜进行低倍率观察时会产生畸变？如何矫正？透镜的畸变是由球差引起的，图像的放大率会随着离轴径向距离的增加而增大或减小。

当透镜作为投影镜时，特别在低放大倍数时更为突出。

因为此时在物面上被照射的面积有相当大的尺寸，球差的存在使透镜对边缘区域的聚焦能力比中心部分大。

反映在像平面上，即像的放大倍数将随离轴径向距离的加大而增加或减小。

电子电路可以对其进行校正：在强激励下，球差系数CS显著降低；在不破坏真空的情况下，根据放大倍数选择不同内径的透镜杆靴；两个投影镜用于消除失真。

4.TEM的主要结构自上而下列出1）电子光学系统――照明系统、图像系统、图像观察和记录系统；2）真空系统；3）电源和控制系统。

电子枪、第一冷凝器、第二冷凝器、冷凝器光圈、样品台、物镜光圈、物镜、选择光圈、中间透镜、投影透镜、双目光学显微镜、观察窗、荧光屏和摄像室。

5.透射电镜和光学显微镜的区别是什么？光学显微镜用光束照明，简单直观，分辨本领低（0.2微米），只能观察表面形貌，不能做微区成分分析；tem分辨本领高（1a）可把形貌观察，结构分析和成分分析结合起来，可以观察表面和内部结构，但仪器贵，不直观，分析困难，操作复杂，样品制备复杂。

西工大电子显微考题一、填空1、影响电磁透镜分辨本领的主要因素是（像差（主要是球差））和（衍射效应（埃利斑））。

2、随加速电压的升高，电子的运动速度（增大），波长（减小）。

3、与波谱仪相比，能谱仪的能量分辨率（低），分析速度（快），分析精度（低）。

4、透射电镜的图像衬度有（质厚衬度），（衍射衬度），（相位衬度）。

二、电子束入射固体样品表面会激发哪些信号？它们有哪些特点和用途？答：电子束入射固体样品表面会激发出俄歇电子、二次电子、背散射电子、吸收电子、特征X射线、电子束感生电效应、阴极荧光。

1、俄歇电子：入射电子与样品原子内层电子作用，释放能量激发外层某个电子脱离原子，成为具有特征能量的电子。

俄歇电子产生于试样表面几个原子层，对轻元素敏感，可观测的最轻元素是Be，适用于表面层的成分分析，尤其是对轻元素；2、二次电子：入射电子与外层电子发生非弹性散射，一部分核外电子获得能量逸出试样表面，成为二次电子。

二次电子能量小，一般小于50eV，适于表面形貌观察；3、背散射电子：入射电子与原子核发生弹性散射，能量损失小，一般大于50eV都称为背散射电子。

平均原子序数越大，产生背散射电子越多，可用于显示试样的元素分布和形貌；4、吸收电子：入射电子发生非弹性散射次数增多，以致电子无法逸出试样表面，在样品与地之间接电流放大器，获得电流信号，吸收电子像衬度与二次电子和背散射电子的总像衬度相反，适用于显示试样元素分布和表面形貌，尤其是试样裂纹内部的微观形貌；5、特征X射线：入射电子与样品原子内层电子作用，释放出具有特征能量的电磁辐射波，用于成分分析；6、电子束感生电效应：高能量的入射电子进入半导体作用，产生电子-空穴对，在偏加电场作用下移动产生电流，获得电子束感应电压信号，用于检测半导体或完整的固体电路的导电性变化；7、阴极荧光：电子束感生电效应产生的电子-空穴对复合释放出能量以可见光或红外线的形式释放，其信号强弱与半导体掺杂情况单值相关，故可用于监控半导体掺杂。

材料结构分析习题集电子显微分析部分习题习题一1．电子波有何特征？与可见光有何异同？2．分析电磁透镜对电子波的聚焦原理，说明电磁透镜的结构对聚焦能力的影响。

3．电磁透镜的像差是怎样产生的，如何来消除和减少像差？4．说明影响光学显微镜和电磁透镜分辨率的关键因素是什么？如何提高电磁透镜的分辨率？5．电磁透镜景深和焦长主要受哪些因素影响？说明电磁透镜的景深大、焦长长、是什么因素影响的结果？6．试比较光学显微镜成像和透射电子显微镜成像的异同点？电子显微分析部分习题习题二1．透射电镜主要由几大系统构成？各系统之间关系如何？2．照明系统的作用是什么？它应满足什么要求？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。

4．成像系统的主要构成及其特点是什么？5．样品台的结构与功能如何？它应满足什么要求？6．透射电镜中有哪些主要光阑，在什么位置？其作用如何？7．点分辨率和晶格分辨率有何不同？同一电镜的这两种分辨率哪个高？为什么？8．复型样品在透射电镜下的衬度是如何形成的？9．说明如何用透射电镜观察超细粉末的尺寸和形态？如何制备样品？材料现代分析方法习题集X射线衍射分析习题习题一1．名词解释：相干散射（汤姆逊散射）、不相干散射（康普顿散射）、荧光辐射、俄歇效应、吸收限、俄歇效应。

2．在原子序24（Cr）到74（W）之间选择7种元素，根据它），用图解法验证莫塞莱定律。

们的特征谱波长（Kα13．若X射线管的额定功率为1.5kW，在管电压为35kV时，容许的最大电流是多少？4．讨论下列各组概念中二者之间的关系：1）同一物质的吸收谱和发射谱；2）X射线管靶材的发射谱与其配用的滤波片的吸收谱。

5．为使Cu靶的Kβ线透射系数是Kα线透射系数的1/6，求滤波片的厚度。

6．画出MoKα辐射的透射系数（I/I0）-铅板厚度（t）的关系曲线（t取0~1mm）。

7．欲用Mo靶X射线管激发Cu的荧光X射线辐射，所需施加的最低管电压是多少？激发出的荧光辐射的波长是多少？8．X射线的本质是什么？9．如何选用滤波片的材料？如何选用X射线管的材料？10．实验中选择X射线管以及滤波片的原则是什么？已知一个以Fe为主要成分的样品，试选择合适的X射线管和合适的滤波片。