透射电子显微镜的结构与成像原理

透射电子显微镜的结构与成像原理
透射电子显微镜是以波长极短的电子束作为照明源，用电磁透镜聚焦成像的一种高分辨率、高放大倍数的电子光学仪器。
There are four main components to a transmission electron microscope:
(1) an electron optical column
(2) a vacuum system
(3) the necessary electronics (lens supplies for focusing and deflecting the beam and the high voltage generator for the electron source)
(4) software

电子光学系统（镜筒）（an electron optical column）是其核心，它的光路图与透射光学显微镜相似，如图所示，包括：照明系统，成像系统，观察记录系统。

图2-1 投射显微电镜构造原理和光路

照明系统
组成：由电子枪、聚光镜（1、2级）和相应的平移对中、倾斜调节装置组成。
作用：提供一束亮度高、照明孔径角小、平行度高、束斑小、束流稳定的照明源。为满足明场和暗场成像需要，照明束可在20-30范围内倾斜。
1. 电子枪
电子枪是电镜的电子源。其作用是发射并加速电子，并会聚成交叉点。 目前电子显微镜使用的电子源有两类：
热电子源——加热时产生电子，W丝，LaB6
场发射源——在强电场作用下产生电子，场发射电镜FE
热阴极电子源电子枪的结构如图2-2所示，形成自偏压回路，栅极和阴极之间存在数百伏的电位差。电子束在栅极和阳极间会聚为尺寸为d0的交叉点，通常为几十um。 栅极的作用：限制和稳定电流。

2. 聚光镜
从电子枪发射出的电子束，束斑尺寸大，相干性差，平行度差，为此，需进一步会聚成近似平行的照明来，这个任务由聚光镜实现，通常有两级聚光镜来聚焦。如图2-3。

C—为强磁透镜，
C—弱磁透镜，长焦，小α。 2
􀁺 为了调整束斑大小还在C2聚光镜下装一个聚光镜光栏。通常经二级聚光后可获得N，um的电子束斑。
􀁺 同时，为了减小像散，在C下还要装一个消像散器，以校正磁场成轴对称性的。 2
􀁺 电子枪还可以倾斜2—30，以实现中心磁场成像。

图2-3 照明系统光路图
2.1.2 成像系统
由物镜、物镜光栏、选区光栏、中间镜（1、2）和投影镜组成.

1） 物镜：强励磁短焦透镜（f=1-3mm）,放大倍数100—300倍。
作用：形成第一幅放大像
2） 物镜光栏：装在物镜背焦面，直径20—120um，无磁金属制成。
作用：a.提高像衬度，b.减小孔经角，从而减小像差。C.进行暗场成像
3） 选区光栏：装在物镜像平面上，直径20-400um，
作用：对样品进行微区衍射分析。
4） 中间镜：弱压短透镜，长焦，放大倍数可调节0—20倍
作用a.控制电镜总放大倍数。B.成像/衍射模式选择。
5） 投影镜：短焦、强磁透镜，进一步放大中间镜的像。投影镜内孔径较小，使电子束进入投影镜孔径角很小。
小孔径角有两个特点：
a. 景深大，改变中间镜放大倍数，使总倍数变化大，也不影响图象清晰度。
b. 焦深长，放宽对荧光屏和底片平面严格位置要求。
注意：有些电镜还装有附加投影镜，用以自动校正磁转角。
2.1.3 观察记录系统
观察和记录系统包括荧光屏和照相机构。荧光屏涂有在暗室操作条件下，人眼较敏感、发绿光的荧光物质，有利于高放大倍数、低亮度图像的聚集和观察。 照相机构是一个装在荧光屏下面，可以自动换片的照相暗盒。胶片是一种对电子束曝光敏感、颗粒度很小的溴化物乳胶底片，为红色盲片，曝光时间很短，一般只需几秒钟。新型电镜均采用电磁快门，与荧光屏联动。有的装有自动曝光装置。现代电镜已开始装有电子数码照相装置，即CCD相机。