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電子顯微鏡原理

?構(gòu)成電子顯微鏡的元件是輻射源、透鏡和探測(cè)器,從文字上看,它的結(jié)構(gòu)與光學(xué)顯微鏡非常相似。然而,它們的原理都與光學(xué)顯微鏡顯著不同。

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首先,電子束與空氣中的分子碰撞,立即衰減消失。因此,電子束的產(chǎn)生和照射必須在真空中進(jìn)行。
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其次,一般光學(xué)系統(tǒng)中使用的玻璃透鏡傳輸電子束,因此為了折射電子束,需要使用施加磁場(chǎng)來聚焦電子束的磁透鏡。
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此類鏡頭的一個(gè)特點(diǎn)是光學(xué)像差較大,為了改善這一點(diǎn),它們被設(shè)計(jì)成較小的數(shù)值孔徑。這使得電子顯微鏡具有較深的焦深,從而可以進(jìn)行深度的三維觀察。
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標(biāo)準(zhǔn)電子顯微鏡分為兩類:
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1.透射電子顯微鏡 (TEM)
這是一種使電子束穿過樣品并根據(jù)其衰減獲得對(duì)比度的方法。為了使電子束能夠通過,必須將樣品厚度調(diào)整至極薄。電子噴射的強(qiáng)度稱為加速電壓,在300 kV的加速電壓下,波長(zhǎng)極短為0.00197 nm,分辨率也為0.1 nm,與源的尺寸數(shù)量級(jí)材料。換算成最高放大倍數(shù)時(shí),這是80萬倍,是光學(xué)顯微鏡的800倍,可見高分辨率。透射電子顯微鏡觀察穿過樣品的電子,因此非常適合觀察樣品極小區(qū)域內(nèi)的內(nèi)部結(jié)構(gòu),例如晶體結(jié)構(gòu)。
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2.掃描電子顯微鏡(SEM)
當(dāng)在真空中用電子束照射材料時(shí),會(huì)發(fā)射二次電子、反射電子、特征X射線等。掃描電子顯微鏡圖像是通過掃描空間聚焦電子束并根據(jù)二次電子和背散射電子信號(hào)形成圖像來創(chuàng)建的。由于二次電子是在樣品表面附近產(chǎn)生的,因此二次電子圖像適合觀察樣品上的微小不規(guī)則性。背散射電子是與構(gòu)成樣品的原子碰撞并被反彈回來的電子,背散射電子的數(shù)量取決于樣品的組成(原子序數(shù)、晶體取向等)。因此,背散射電子圖像適合評(píng)估樣品表面的成分分布。
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當(dāng)電子束擊中樣品時(shí),構(gòu)成其表面的原子被激發(fā)并發(fā)射電子。另外,還會(huì)發(fā)射反射電子和特征X射線,但它們被稱為二次電子,可以通過點(diǎn)掃描所發(fā)射的二次電子的強(qiáng)度來獲得。
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