電子顯微鏡的原理和設(shè)計(jì)

目錄

緒論

第一章 磁透鏡

第二章 高斯光學(xué)（旁軸光學(xué)）

第三章 電子光學(xué)的象差

第四章 電子槍

第五章 照明系統(tǒng)

第六章 成象系統(tǒng)和成象機(jī)制

第七章 電子顯微鏡的分辨本領(lǐng)

第八章 掃描電子顯微鏡（Ⅰ）

第九章 掃描電子顯微鏡（Ⅱ）

第十章 電子顯微鏡的發(fā)展

附錄Ⅰ 旋轉(zhuǎn)對(duì)稱場(chǎng)和電子軌跡方程

附錄Ⅱ 典型磁透鏡的分析研究和數(shù)據(jù)表格

附錄Ⅲ 計(jì)算典型磁透鏡的球差和色差系數(shù)

參考文獻(xiàn)

后記 2100433B

本書介紹電子顯微鏡的電子光學(xué)基本原理，包括磁透鏡、高斯光學(xué)、象差和分辨本領(lǐng)等問(wèn)題，并在此基礎(chǔ)上，探討了透射電鏡和掃描電鏡各部分的電子光學(xué)設(shè)計(jì)原則．書中著重闡明電鏡的基本原理和設(shè)計(jì)原則，同時(shí)也涉及研制和使用電鏡中的一些實(shí)際問(wèn)題，并介紹了國(guó)內(nèi)外關(guān)于電鏡方面的新發(fā)展．

本書可供從事電子顯微鏡方面工作的科技人員，高等學(xué)校有關(guān)專業(yè)的教師、研究生和高年級(jí)學(xué)生閱讀參考．

現(xiàn)代通信設(shè)備已開始廣泛地采用開關(guān)式基礎(chǔ)電源系統(tǒng)。這種電源系統(tǒng)是開關(guān)式穩(wěn)壓電源的一種，它的設(shè)計(jì)具有特殊的內(nèi)容和方法。本書內(nèi)容力求少講原理，多講設(shè)計(jì)方法，所講的基本知識(shí)和原理也都是設(shè)計(jì)時(shí)所必需的。書中主要介紹以下幾方面的內(nèi)容：現(xiàn)代通信開關(guān)電源的發(fā)展現(xiàn)狀、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和配電設(shè)計(jì)；現(xiàn)代通信設(shè)備對(duì)開關(guān)電源系統(tǒng)的要求和設(shè)計(jì)指標(biāo)；開關(guān)電源整流模塊的主電路設(shè)計(jì)；主電路所用器件和材料的性能和應(yīng)用；通信開關(guān)電源整流模塊的

電子顯微鏡按結(jié)構(gòu)和用途可分為透射式電子顯微鏡、掃描式電子顯微鏡、反射式電子顯微鏡和發(fā)射式電子顯微鏡等。

透射式電子顯微鏡常用于觀察那些用普通顯微鏡所不能分辨的細(xì)微物質(zhì)結(jié)構(gòu)；掃描式電子顯微鏡主要用于觀察固體表面的形貌，也能與X射線衍射儀或電子能譜儀相結(jié)合，構(gòu)成電子微探針，用于物質(zhì)成分分析；發(fā)射式電子顯微鏡用于自發(fā)射電子表面的研究。

電子顯微鏡透射電子顯微鏡

因電子束穿透樣品后，再用電子透鏡成像放大而得名。它的光路與光學(xué)顯微鏡相仿，可以直接獲得一個(gè)樣本的投影。通過(guò)改變物鏡的透鏡系統(tǒng)人們可以直接放大物鏡的焦點(diǎn)的像。由此人們可以獲得電子衍射像。使用這個(gè)像可以分析樣本的晶體結(jié)構(gòu)。在這種電子顯微鏡中，圖像細(xì)節(jié)的對(duì)比度是由樣品的原子對(duì)電子束的散射形成的。由于電子需要穿過(guò)樣本，因此樣本必須非常薄。組成樣本的原子的原子量、加速電子的電壓和所希望獲得的分辨率決定樣本的厚度。樣本的厚度可以從數(shù)納米到數(shù)微米不等。原子量越高、電壓越低，樣本就必須越薄。樣品較薄或密度較低的部分，電子束散射較少，這樣就有較多的電子通過(guò)物鏡光欄，參與成像，在圖像中顯得較亮。反之，樣品中較厚或較密的部分，在圖像中則顯得較暗。如果樣品太厚或過(guò)密，則像的對(duì)比度就會(huì)惡化，甚至?xí)蛭针娮邮哪芰慷粨p傷或破壞。

透射電鏡的分辨率為0.1～0.2nm，放大倍數(shù)為幾萬(wàn)～幾十萬(wàn)倍。由于電子易散射或被物體吸收，故穿透力低，必須制備更薄的超薄切片（通常為50～100nm）。

透射式電子顯微鏡鏡筒的頂部是電子槍，電子由鎢絲熱陰極發(fā)射出、通過(guò)第一，第二兩個(gè)聚光鏡使電子束聚焦。電子束通過(guò)樣品后由物鏡成像于中間鏡上，再通過(guò)中間鏡和投影鏡逐級(jí)放大，成像于熒光屏或照相干版上。中間鏡主要通過(guò)對(duì)勵(lì)磁電流的調(diào)節(jié)，放大倍數(shù)可從幾十倍連續(xù)地變化到幾十萬(wàn)倍；改變中間鏡的焦距，即可在同一樣品的微小部位上得到電子顯微像和電子衍射圖像。

電子顯微鏡掃描電子顯微鏡

掃描電子顯微鏡的電子束不穿過(guò)樣品，僅以電子束盡量聚焦在樣本的一小塊地方，然后一行一行地掃描樣本。入射的電子導(dǎo)致樣本表面被激發(fā)出次級(jí)電子。顯微鏡觀察的是這些每個(gè)點(diǎn)散射出來(lái)的電子，放在樣品旁的閃爍晶體接收這些次級(jí)電子，通過(guò)放大后調(diào)制顯像管的電子束強(qiáng)度，從而改變顯像管熒光屏上的亮度。圖像為立體形象，反映了標(biāo)本的表面結(jié)構(gòu)。顯像管的偏轉(zhuǎn)線圈與樣品表面上的電子束保持同步掃描，這樣顯像管的熒光屏就顯示出樣品表面的形貌圖像，這與工業(yè)電視機(jī)的工作原理相類似。由于這樣的顯微鏡中電子不必透射樣本，因此其電子加速的電壓不必非常高。

掃描式電子顯微鏡的分辨率主要決定于樣品表面上電子束的直徑。放大倍數(shù)是顯像管上掃描幅度與樣品上掃描幅度之比，可從幾十倍連續(xù)地變化到幾十萬(wàn)倍。掃描式電子顯微鏡不需要很薄的樣品；圖像有很強(qiáng)的立體感；能利用電子束與物質(zhì)相互作用而產(chǎn)生的次級(jí)電子、吸收電子和X射線等信息分析物質(zhì)成分。

掃描電子顯微鏡的制造是依據(jù)電子與物質(zhì)的相互作用。當(dāng)一束高能的入射電子轟擊物質(zhì)表面時(shí)，被激發(fā)的區(qū)域?qū)a(chǎn)生二次電子、俄歇電子、特征x射線和連續(xù)譜X射線、背散射電子、透射電子，以及在可見、紫外、紅外光區(qū)域產(chǎn)生的電磁輻射。同時(shí)，也可產(chǎn)生電子-空穴對(duì)、晶格振動(dòng)（聲子）、電子振蕩（等離子體）。

電子顯微鏡發(fā)展歷史

1926年漢斯·布什研制了第一個(gè)磁力電子透鏡。

1931年厄恩斯特·盧斯卡和馬克斯·克諾爾研制了第一臺(tái)透視電子顯微鏡。展示這臺(tái)顯微鏡時(shí)使用的還不是透視的樣本，而是一個(gè)金屬格。1986年盧斯卡為此獲得諾貝爾物理獎(jiǎng)。

1934年鋨酸被提議用來(lái)加強(qiáng)圖像的對(duì)比度。

1937年第一臺(tái)掃描透射電子顯微鏡推出。一開始研制電子顯微鏡最主要的目的是顯示在光學(xué)顯微鏡中無(wú)法分辨的病原體如病毒等。

1938年他在西門子公司研制了第一臺(tái)商業(yè)電子顯微鏡。

1949年可透射的金屬薄片出現(xiàn)后材料學(xué)對(duì)電子顯微鏡的興趣大增。

1960年代透射電子顯微鏡的加速電壓越來(lái)越高來(lái)透視越來(lái)越厚的物質(zhì)。這個(gè)時(shí)期電子顯微鏡達(dá)到了可以分辨原子的能力。

1980年代人們能夠使用掃描電子顯微鏡觀察濕樣本。

1990年代中電腦越來(lái)越多地用來(lái)分析電子顯微鏡的圖像，同時(shí)使用電腦也可以控制越來(lái)越復(fù)雜的透鏡系統(tǒng)，同時(shí)電子顯微鏡的操作越來(lái)越簡(jiǎn)單。

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