電子顯微鏡的原理和分類

l   電子顯微鏡的原理

因此理論上，電子顯微鏡所具有的分辨率並不可靠。因為普通光學顯微鏡的放大倍數和分辨率有限，無法觀測到微小物體。電子顯微鏡是一種電子儀器設備，可用來詳細研究電子發射體表面電子的放射情形。10-7 厘米（約為原子直徑的兩倍）。200 ～200 000 倍，再經照相放大可達1000 000 倍。1 ）發射型。2 ）電磁、靜電掃描型。1924 年法國物理學家德布洛意指出電子和其他的粒子也都具有和光類似的波動性質。

λ=/(mv) 式中m 是粒子的質量而v 是它的速度，h 如果在光學顯微鏡中被觀察物的大小比光波波長還小的話，人們就不能分辨出來。既然正確，也就告訴人們：雖然電子是一種可稱重量，可數數目，可以被電子槍發射的粒子，但它同時又是一種波。是普朗克常數。λ的三分之一作為限度，光波波長約在6×10-5 厘米左右，它的三分之一就是2×10-5 把電子加速的辦法是在真空中加上若干萬伏的高電壓，電子就會以極快的速度射出，其波長可能會達到厘米了。4×10-5 厘米這樣短的長度，也就是說，電子顯微鏡可以看到1.4×10-10cm 而最新的顯微鏡用的卻不是電子顯微鏡，而是離子顯微鏡藉以達到更短的波長，米勒曾經利用氦的離子顯微鏡成功地拍攝到金屬表面的單獨分子運動。當然，在電子顯微鏡中不會這樣簡單，它要涉及電子射線通過物體產生不同的散射而造成明暗不同的影響。而一些特別好的電子顯微鏡，甚至可以觀察到一些巨分子的結構！我們把一片待觀察的物體，例如一片很薄的晶體，放在電子顯微鏡中，電子束就會射向這片物體上，在一塊熒光幕上就會得到一個放大的影像。但無論如何，電子顯微鏡已可以放大五萬倍以上；而有些精良到可將物體放大十萬倍。這樣小的物體。

l   電子顯微鏡的分類

1 、 透射電鏡(TEM)

樣品必須製成電子能穿透的，厚度為100 ～2000 Å 放大後的電子像在熒光屏上顯示出來。的薄膜。1 透射電子顯微鏡的光路示意圖是其光路示意圖。TEM 的分辨本領能達3 Å 左右。

(1) 超高壓電鏡(HVEM)  是一種TEM ，不過常用的TEM 加速電壓為100 kV 電子的穿透能力隨。 b 2 ＝v2/c2 ( 電子速度與光速之比) 而增。b 2 在500 kV 以上增加得就很慢了。200 kV 、300 kV 和1000 kV 的商品電鏡。3000 kV 的特製電鏡。HVEM 除加速筒以外與一般TEM 相似，只是尺寸放大了。1000 kV 高能量的電子能造成樣品中的輻射損傷，這對研究材料輻射損傷的微觀機理帶來極大的方便。的電鏡有兩層樓高。

(2) 高分辨電鏡(HREM)  提高加速電壓，使電子波長更短，能提高分辨本領。70年代初超高壓電鏡主要針對提高穿透率。70 年代末至80 年代初技術上的提高帶來了200 kV 、300 kV 的高分辨商品電鏡及個別500 kV 、600 kV 和1000 kV 的HREM 。2 Å 左右。1.5 Å 。HREM 主要用於觀察無機材料中的原子排列。

2 、掃描電鏡(SEM)

  主要用於直接觀察固體表面的形貌, 其原理如圖2 朝向探測器的部分發出的次級電子被集收得多，就顯得亮，反之就顯得暗，由此產生陰陽面、富有立體感的圖像。電子束在它所到之處激發出次級電子，經探測器收集後成為信號，調製一個同步掃描的顯像管的亮度，顯示出圖像。掃描電子顯微鏡的原理圖所示。SEM 的分辨本領比電子束斑直徑略大。SEM 的分辨本領能達60 Å 。

3 、掃描透射電鏡(STEM)

成像方式與掃描電鏡相似，不過接收的不是次級電子而是透射電子（包括部分小角散射電子）。STEM 的分辨本領與電子束斑直徑相當。STEM 用高亮度場致發射電子槍（要求10-10 託的超高真空）。3 Å 。STEM 已觀察到輕元素支持膜上的單個重原子。X 射線或者用電子能量損失譜）。TEM 可以帶有STEM 附件, 不過因為沒有高亮度場致發射槍，所以只能將束斑縮到幾十埃。100 Å 範圍內的結構和成分分析。“ 分析電鏡” 。

按各種電鏡分別敘述

1 、透射電鏡

TEM 襯度的形成, 散射角越大，聚焦點離軸越遠物鏡後焦面是起重要作用的部位。, 如果樣品是一個晶體, 在後焦面上出現的是一幅衍射圖樣。“ 高空間頻率” 它截取那一部分電子不但對襯度，而且對分辨本領有直接的影響。）對應的衍射束被聚焦在離軸遠處。

用光闌截去部分散射電子會使樣品上厚的部分或重元素多的部分對電子散射的機率大。“ 質量厚度” 散射吸收大的部位在像中顯得暗。( 指被光闌擋住) 至於晶體樣品的衍襯像和高分辨的點陣像的襯度來源，見點陣像和電子衍襯像。襯度是最早被人們所認識和利用的襯度機制。

2 、掃描電鏡

除次級電子外，用背散射電子（經過多次散射後又從試樣表面出來的入射電子）成像可辨別原子序數的差別。X 用電子溝道效應可得出晶體取向信息。射線成像可辨別元素分佈。

掃描透射電鏡與TEM 之間有一個倒易關係。STEM 中入射電子的孔徑角與一個TEM 中出射電子的孔徑角相等,STEM 的出射孔徑角也與TEM 的入射孔徑角相等，那麼兩者圖像的反差就相同。