透射电镜原理(带你穿越透射电镜)
电子分析涉及的设备有透射电镜、扫描电镜和电子探针仪。
传统光学显微镜的局限性:
根据衍射理论，推导出光学显微镜的分辨能力(恰好分辨两点的能力)公式:
其中R是分辨能力(即可以分辨的最小尺寸)；λ是照明光源的波长；n是透镜上下介质的折射率，а是透镜孔径的半角，进一步nsinα称为数值孔径。
可以看出，为了提高显微镜的分辨能力(即能分辨的最小尺寸更小)，应该降低照明光源的波长，即使用短波长光源可以提高显微镜的分辨能力。
透射电子显微镜
透射电子显微镜使用电子束作为照明源，并使用磁透镜聚焦电子束。
透射电子显微镜的基本结构
TEM成像原理:
透射电子显微镜以电子束为照明光源，在加速电压和电磁透镜聚焦的作用下，电子束投射到样品上。电子束与样品的相互作用本质上是电子束与样品中的原子发生碰撞，使电子束的运动方向发生变化，从而形成立体角散射，获得明暗不同的图样，这与样品的原子序数、电子密度和厚度有关。TEM成像方法类似于光学显微镜，只是照明光源用电子代替光子，电磁透镜代替玻璃透镜。
TEM的主要性能指标包括:分辨率、放大率和加速电压。
性能指标
解释
解决
包括点分辨率(可以分辨两点之间的最小距离)和线分辨率(可以分辨两条线之间的最小距离)。
目前点分辨率可达0.19nm，线分辨率为0.104~0.14nm。
放大倍数
指电子图像对样品的线性放大倍数；目前TEM的放大倍数从100倍到150万倍不等。在实际应用中，人眼能分辨的最小尺寸是0.2mm，如果要观察0.1nm的尺寸，需要放大200万倍。因此，仅靠TEM很难实现，通常要再次进行光学放大处理。
加速电压
加速电压越高，产生的电子束对待测样品的穿透能力越强，可以观察到更厚的样品，同时可以提高电子显微镜的分辨率(即加速电压越高，电子束的波长越短)；TEM的更大加速电压一般为100kV和200kV。
透射电子显微镜中待测样品的制备方法
1.粉末样品的制备
(1)用超声波分散器将待测样品粉末均匀分散在溶液中，形成悬浮液(溶液不应与粉末发生反应)；(2)用滴管将悬浮液滴在覆盖有碳膜的电镜铜网上；
③干燥后(风干或滤纸吸附)，制成电镜观察所需的粉末样品(如果需要检查粉末在铜网上的分散情况，可以用光学显微镜观察)；
④样品制备完毕后，放入电镜样品棒中，用电镜观察。
备注:电子显微镜铜网可根据需要选择不同规格。用碳膜覆盖铜网的目的是为了避免电荷的积累，提高图像质量(PS:下一期我们会讲解电子显微镜下铜网的知识)。
2.薄膜样品的制备
(1)初步减薄——初步获得厚度为100-200微米的薄片；
(2)从片材上进一步切割出直径为3毫米的圆盘；
③预减薄——从晶圆的一侧或两侧将晶圆的中心区域减薄至几微米；
④最终减薄一般通过超薄切片、电解抛光、化学抛光、离子轰击来实现。
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