透射电子显微镜模拟器研制

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ｓｕｂｓｔｉｔｕｔｉｎｇｔｈｅｖｉｓｉｂｌｅｌａｓｅｒｓｏｕｒｃｅｆｏｒｔｈｅｉｎｖｉｓｉｂｌｅｅｌｅｃｔｒｏｎｌｉｇｈｔｓｏｕｒｃｅ，ｔｈｅｇｌａｓｓｌｅｎｓｆｏｒｔｈｅｅｌｅｃｔｒｏｍａｇｎｅｔｉｃｌｅｎｓｔｏｃｏｎｔｒｏｌｔｈｅｌｉｇｈｔｐａｔｈａｎｄｔｈｅｇｒａｔｉｎｇｓａｍｐｌｅｆｏｒｔｈｅｔｈｉｎｆｉｌｍｃｒｙｓｔａｌｓａｍｐｌｅ．Ｔｈｅｆｕｎｃｔｉｏｎｏｆｔｈｅｐｒｏｔｏｔｙｐｅｉｓｔｅｓｔｅｄ，ａｎｄｉｔｉｓｓｈｏｗｎｔｈａｔＴＥＭＳｃａｎｎｏｔｏｎｌｙｓｉｍｕｌａｔｅｔｈｅｉｍａｇｅｍｏｄｅａｎｄｔｈｅｄｉｆｆｒａｃｔｉｏｎｍｏｄｅｏｆＴＥＭ，ｂｕｔａｌｓｏｂｅｏｐｅｒａｔｅｄｅａｓｉｌｙ．Ｔｈｅｏｐｔｉｃａｌｐａｔｈｉｎｔｈｅｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｐｒｏｃｅｓｓｈａｓｖｉｓｕａｌｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ．ＡｐｐｌｙｉｎｇＴＥＭＳｉｎｔｈｅｐｒａｃｔｉｃａｌｔｅａｃｈｉｎｇｃａｎｉｍｐｒｏｖｅｓｔｕｄｅｎｔｓ ’ｃｏｇｎｉｔｉｖｅｋｎｏｗｌｅｄｇｅｏｆＴＥＭ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎｅｌｅｃｔｒｏｎｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅｓｉｍｕｌａｔｏｒ；ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｄｅｓｉｇｎ；ｐｒｏｔｏｔｙｐｅｔｅｓｔ
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ａｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎｅｌｅｃｔｒｏｎｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅｓｉｍｕｌａｔｏｒ（ＴＥＭＳ）ｉｓｄｅｓｉｇｎｅｄａｎｄａｐｒｏｔｏｔｙｐｅｉｓｄｅｖｅｌｏｐｅｄｂｙ
摘
要：以可见的激光光源代替不可见的电子光源，以玻璃透镜代替电磁透镜控制光路，以光栅样品代替薄
膜晶体样品，设计透射电子显微镜模拟器（ＴＥＭＳ）并制作样机。对样机功能进行测试表明：ＴＥＭＳ不但能很好地模拟ＴＥＭ的图像模式和衍射模式，且可操作性强、模拟过程中的光路具有可视化特点。在实践教学中应用ＴＥＭｓ能提升学生对ＴＥＭ的认知效果。关键词：透射电子显微镜模拟器；结构设计；样机测试
中图分类号：ＴＢ４３；Ｇ４８４文献标识码：Ａ文章编号：１００２－４９５６（２０１７）０８－００８８ — ０６
Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｏｆｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｍｒｏｓｃｏｐｅｓｉｍｕｌａｔｏｒ
墨墨
兰：竺
实
验
技Leabharlann 术与管理
第３４卷
第８期
２０１７年８月
ＣＮ１１－２０３４／Ｔ
ＥｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙａｎｄＭａｎａｇｅｍｅｎｔ
Ｖｏ１．３４Ｎｏ．８Ａｕｇ．２０１７
ＤＯＩ：１０．１６７９１／ｊ．ｃｎｋｉ．ｓｊｇ．２０１７．０８．０２２
透射电子显微镜模拟器研制
岳峻逸，姜威宇，谭成文，苏铁健，于晓东
（１．北京理工大学材料学院，北京１０００８１；２．北京理工大学信息与电子学院，北京１０００８１）
ＹｕｅＪｕｎｙｉ，ＪｉａｎｇＷｅｉｙｕ。，ＴａｎＣｈｅｎｇｗｅｎ１，ＳｕＴｉｅｊｉａｎ，ＹｕＸｉａｏｄｏｎｇ
（１．ＳｃｈｏｏｌｏｆＭａｔｅｒｉａｌｓＳｃｉｅｎｃｅ，ＢｅｉｊｉｎｇＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｂｅｉｊｉｎｇ１０００８１，Ｃｈｉｎａ；２．ＳｃｈｏｏｌｏｆＩｎｆｏｒｍａｔｉｏｎａｎｄＥｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ，ＢｅｉｊｉｎｇＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｂｅｉｊｉｎｇ１０００８１，Ｃｈｉｎａ）

电子行业透射电子显微分析

电子行业透射电子显微分析1. 简介电子行业是现代科技产业中最重要的支柱之一，它涉及到电子器件的制造、设计和应用等方方面面。

透射电子显微分析（Transmission Electron Microscopy，TEM）是电子行业中的一项关键技术，它通过使用电子束来观察和分析材料的微观结构和成分。

本文将介绍电子行业中透射电子显微分析的原理、应用和未来发展方向。

2. 原理透射电子显微分析是一种使用电子束穿过样品来观察和分析材料的微观结构和成分的技术。

它利用电子束的波粒二象性和与物质相互作用的方式，通过样品对电子束的散射和吸收来获取有关样品的信息。

透射电子显微分析使用的主要设备是透射电子显微镜（Transmission Electron Microscope，TEM）。

TEM工作原理是将电子束通过一系列透镜系统聚焦，使其具有足够的能量和分辨率来穿透样品。

电子束穿过样品后，根据电子的散射和吸收情况，通过检测器获得图像和数据。

这些数据可以用于确定样品的晶体结构、成分分布和化学反应等信息。

3. 应用透射电子显微分析在电子行业中有着广泛的应用。

下面列举了几个常见的应用领域：3.1 纳米材料研究纳米材料是一种具有特殊结构和性质的材料，其尺寸在纳米级别（10^-9米）。

透射电子显微分析可以帮助研究人员观察和分析纳米材料的结构、形貌和成分。

通过透射电子显微分析，可以了解纳米材料的晶体结构、表面形貌以及杂质和缺陷等信息，从而对纳米材料的制备和性能进行优化。

3.2 电子器件分析电子器件是电子行业中的重要组成部分，透射电子显微分析可以帮助研究人员对电子器件的微观结构和性能进行深入分析。

例如，透射电子显微分析可以用来观察电子器件中的材料缺陷、界面结构以及金属导线和半导体的接触性能等关键问题，从而指导电子器件的设计和改进。

3.3 材料性能研究透射电子显微分析还可以用于研究材料的性能和行为。

例如，可以通过透射电子显微分析来观察材料的断裂行为、晶粒生长和晶体缺陷等现象，从而揭示材料的结构与性能之间的关系。

透射电子显微镜实验报告

透射电子显微镜实验报告透射电子显微镜的基本结构及成像原理认知实验一、实验目的1.理解透射电子显微镜（TEM : transmission electron microscope）的成像原理。

2.观察透射电子显微镜基本部件的名称，了解其用途；二、实验仪器仪器：JEM-2100UHR 透射电子显微镜（JEOL）透射电子显微镜用高能电子束作为照明源。

利用从样品下表面透出的电子束来成像。

原理及结构与透射式光学显微镜一样。

世界第一台透射电子显微镜是德国人鲁斯卡1936年发明的。

他与发明扫描隧道显微镜的学者一起获得1982年的诺贝尔物理奖。

目前透射电子显微镜的生产厂家有日本的日立（HITACHI）、日本电子（JEOL）、美国FEI、德国LEO。

透射电子显微镜的功能：主要应用于材料的形貌、内部组织结构和晶体缺陷的观察；物相鉴定，包括晶胞参数的电子衍射测定；高分辨晶格和结构像观察；纳米微粒和微区的形态、大小及化学成分的点、线和面元素定性定量和分布分析。

样品要求为非磁性的稳定样品。

可观察的试样种类：复型样品，金属薄膜和粉末试样，玻璃薄膜和粉末试样，陶瓷薄膜和粉末试样。

三、实验内容（一）透射电镜成像原理透射电子显微镜电子光学系统的工作原理可以用普通光学成像原理进行描述，也就是：平行光照射到一个光栅或周期物样上时，将产生各级衍射，在透镜的后焦面上出现各级衍射分布，得到与光栅或周期物样结构密切相关的衍射谱；这些衍射又作为次级波源，产生的次级波在高斯像面上发生干涉叠加，得到光栅或周期物样倒立的实像。

图1示意地画出了平行光照射到光栅后，在衍射角为θ的方向发生的衍射以及透射光线的光路图。

如果没有透镜，则这些平行的衍射光和透射光将在无穷远处出现夫琅和费衍射花样，形成衍射斑D和透射斑T。

插入透镜的作用就是把无穷远处的夫琅和费衍射花样前移到透镜的后焦面上。

后焦面上的衍射斑（透射斑视为零级衍射斑）作为光源产生次波干涉，在透镜的像平面上出现一个倒立的实像。

TEM透射电子显微镜教程

TEM透射电子显微镜一、制样二、开机1.开循环水：先按下下面的黑色按钮，再按下上面的黑色按钮；2.主机开Col键,开机（软件自启）；三、放样1.出样品杆：向外拉部分杆，顺时针旋转15°，再向外拉部分杆，逆时针旋转30°,红灯亮，松手，拨下Air开关，等红灯灭，完全拉出杆。

（黑色圈以后的部分不能碰到，注意不要碰到杆尖端的钻石）；2.放样：铜网放到四、进样1.杆上的螺丝对准进样孔的凹槽插入，等红灯亮，往上拨Air杆，绿灯亮，顺时针30°推进，然后逆时针15°推进，完成进样。

五、软件操作1.加压：点击右侧第四个HV图标，弹出一个框，在框内选择HV ON,等高压上升到100；2.点亮灯丝：点框内的Filame on(显示为10μA为正常)；3.按下操作键盘的lens reset钮，旋转Brightness钮调整亮度。

右击左侧工具栏Stage,弹出一个框，点击Holder,下拉菜单，选择样品序号。

关掉此框，移动轨迹球，调整倍数寻找样品；4.旋转M钮，放大倍数，若变暗，逆时针旋转Brightness旋钮；5.按下WOB按钮，进行辅助对焦。

如果样品在视野内晃动剧烈，调整样品杆下方的银色金属旋钮（Z轴），直到样品不在晃动；6.右击左侧工具栏CCD，又出来一个框，这个时候要进行调整亮度，使框中最下方的screen density调为-12.点击Run。

7.调节亮度使长方框里的最右侧的红色峰位于框中间位置，然后用Focus聚焦。

准备拍的时候要按灭WOB辅助聚焦按钮，点击Freeze,点save保存图片。

8.如果要在同一倍数下拍，点击Run,继续拍摄。

如果要缩小倍数大范围找样，点Stop,缩小倍数，调节亮度找到合适样品。

六、出样1.点击左侧工具栏HV，在框里点击beam off。

2.出样品杆：向外拉部分杆，顺时针旋转15°，再向外拉部分杆，逆时针旋转30°,红灯亮，松手，拨下Air开关，等红灯灭，完全拉出杆。

透射电子显微镜(TEM)

日本日立公司H－700 电子显微镜，配有双倾台，并带有7010扫描附件和 EDAX9100能谱。该仪器不但适合于医学、化学、微生物等方面的研究，由于加速电压高，更适合于金属材料、矿物及高分子材料的观察与结构分析，并能配合能谱进行微区成份分析。 ● ● ● ● ● 分辨率：0.34nm 加速电压：加速电压：75KV－200KV －放大倍数：万倍放大倍数：25万倍能谱仪：EDAX－9100 －扫描附件：扫描附件：S7010
TEM 形貌分析
透射电镜具有很高的空间分辩能力，特别适合纳米粉体材料的分析。其特点是样品使用量少，不仅可以获得样品的形貌，颗粒大小，分布，还可以获得特定区域的元素组成及物相结构信息。透射电镜比较适合纳米粉体样品的形貌分析，但颗粒大小应小于300nm，否则电子束就不能但颗粒大小应小于300nm，否则电子束就不能透过了。对块体样品的分析，透射电镜一般需要对样品进行减薄处理。
多晶花样的标定
1. 花样特征：一组同心圆花样特征：一组同心圆
2.标定方法：比值法 2.标定方法：标定方法根据R1, 根据R1, R2 , R3 ….的比值来确定结构和标定花样比值法主要适合立方晶系
3）显象部分
这部分由观察室和照相机构组成。在分析电镜中，还有探测器和电子能量分析附件。如下图所示。
电子束扫描发生仪
显象管和X-Y 记录仪
扫描线圈
数据处理
能量选择光阑入射光阑
放大器探测器
电子能量分析仪
图1-14 扫描电子衍射和电子能谱分析附件示意图
2 . 真空系统为了保证在整个通道中只与试样发生相互作用，而不与空气分子发生碰撞，因此，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，一般真空度为毫米汞柱。

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透射电子显微镜(TEM)

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