透射电镜中的成像衬度

作者:admin 来源:未知 点击数: 发布时间:2019年08月12日

  透射电镜中的成像衬度_天然科学_专业材料。内容如下: 22.1 什么是对比度? 22.2图像对比度准绳:图像和衍射图;物镜光阑的利用或者扫描透射探测器:明场像和暗场像。 22.3质量-厚度对比度:质厚衬度道理;TEM像;STEM像;展现质厚衬度的样品;定量质厚衬度; 22.4 原子序数衬度 22.5 TEM中的衍射衬度:双束环境;设定激发误差;获得双束核心暗场像;图像和衍射图之间的关系。 22.6 STEM中的衍射衬度

  第22章 透射电镜中的成像衬度 曾雄辉 22.1 什么是对比度? 22.2图像对比度准绳:图像和衍射图;物镜光阑的利用或者扫描透射探测 器:明场像和暗场像。 22.3质量-厚度对比度:质厚衬度道理;TEM像;STEM像;展现质厚衬度 的样品;定量质厚衬度; 22.4 原子序数衬度 22.5 TEM中的衍射衬度:双束环境;设定激发误差;获得双束核心暗场 像;图像和衍射图之间的关系。 22.6 STEM中的衍射衬度 参考材料:透射电子显微学:材料科学教材(4卷本)Transmission Electron Microscopy: A Textbook for Materials Science. David B. Williams, C. Barry Carter. 2007,清华大学出书社 2010/11/24 22.1 对比度定义 1、两个临近区域的强度相差 在5-10%以上时,人眼才能 分辩。 2、图像平均强度越高,那么 对比度越低。 所以在TEM中,发散束斑可 以获得较高的对比度。 22.2 图像对比度准绳:利用物镜光阑或STEM 探测器:明场和暗场像 1、物镜光阑:提高对比度; 2、高分辩像:相位衬度,所以若是 用物镜光阑要足够大,容纳多束。 3、核心暗场像:tilt beam,物镜光阑 套住衍射束。振幅衬度 4、STEM:明场、环形暗场。环形暗 场探头相对于物镜光阑能够收集更多 电子,两者合用于分歧的样品,后面 会讲到。 22.3 质量-厚度衬度 质量厚度衬度来自于非相关弹性散射(Rutherford散射)电子。 Rutherford散射的截面和原子序数Z强相关,也就是说和样品的质量或者 密度、厚度相联系关系。 用低于50的散射电子来构成图像,质量厚度衬度占主导(但此中也会 有Bragg 衍射衬度); 高于50的散射电子,相关散射能够忽略,根基长短相关散射,比力弱, 并且只决定于原子序数Z,因而,我们若是用这部门电子来成像,能够得 到带有元素消息的像。雷同于SEM中的BSE,但透射中因为样品太薄,因 此一般不消BSE(信噪比太低)。 这一节,暂不考虑衍射衬度,这对于非晶样品是对的;对于晶态样 品,若是移出物镜光阑或者用环形暗场探测器,让多束参与成像,如许可 以最小化衍射衬度。 22.3.A 质量-厚度衬度的机制 1、非相关弹性散射截面和Z强相 关; 2、跟着样品厚度的添加,非相 干弹性散射次数添加,由于平均 自在程是固定的。 22.3 B TEM像 碳膜上的碳球:显示厚度衬度 镀上Au-Pd,显示质量衬度。 反转衬度处置,显示三维描摹 用Os, Pb, U等重金属stain两相高分子材料, 重金属原子吸附在不饱和键部位,显示质量 衬度。 70 ?m 物镜光阑 10 ?m 物镜光阑 较低的加快电压、将会添加电子散射角度和散射截面,因此在牺牲像 强度的同时会提高对比度。但只需样品不漂移,能够添加曝光时间来补 偿。采用小的物镜光阑雷同于降低加快电压,同样会提高对比度。 22.3 C STEM images 在STEM里能够改变相机长度来改变探测器的收集角。L越小,则收集 角度越小?所以对比度越差? 非场发射电子枪拍摄的STEM明场 像,比通俗TEM像对比度更高,但因 为信噪比差,所以分辩率反而低。 缘由:必需采用大束斑。 在以下三种环境,用STEM的质厚衬度来成像: 1、样品较厚,色差限制了TEM的分辩率。STEM没有这种限制? 2、对电子束敏感样品; 3、样品在TEM下对比渡过低,并且不克不及数字化处置TEM图像。 22.4 Z contrast 若是HAADF探头只收集 散射半角度大于3度的电子, 则布拉格效应根基没有。 HAADF像对于物镜离焦 量和样品厚度小的变化不敏 感。 按照倒易准绳,会聚角 度应等于收集角度,可是在通 常的TEM中,用C2环形光阑 的”hollow-cone”模式只能达到 几个mrad的会聚角度。所以 TEM的Z contrast含有衍射衬 度。 Dedicated STEM? Howie 探测器 22.5 TEM 衍射衬度 质厚衬度:非相关弹性 散射 衍射衬度:相关弹性散 射 22.5.A. 双束前提: 是不是双束前提是区 别质厚衬度和衍射衬度 的次要判据。若是不倾 转样品到双束前提,那 么用物镜光阑套住某个 衍射斑或透射斑,还主 如果质厚衬度。 双束前提不只是获 得好的衬度的需要条 件,并且能够简化图像 的注释。 22.5 B 设定偏离参数S 双束前提:倾转到只要一个衍射束强,因为布拉格衍射前提的驰豫,其他 衍射束并不会消逝,但会变弱。但此时衬度并不是最好的。该当倾转到s为 很小的正值(亮的hkl菊池线正好在该hkl黑点的外侧一点点),如许将会 获得最好的该hkl的衍射衬度。永久不要让S为负,由于那样虽然缺陷会更 窄,但衬度会降低以至看不见。 测试核心暗场像的方式: 1、在入射束充实离开的环境下(平行束),倾转样品,使特定的hkl衍射斑 点变强; 2、倾转样品使-h-k-l点变强,这时hkl点会变弱; 3、利用DF,将000点转向-h-k-l点,使hkl接近光轴,而且变强; 4、关掉DF,用物镜光阑套住000,center物镜光阑; 5、开关DF,通过双目镜,确认hkl和000在统一位置。如不在,微调DF,使 hkl和000在统一位置。 6、回到成像模式,轻细调整C2能够看到CDF,若是看不到,不太可能是 hkl太弱小,可能是DF线圈misaligned. 22.6 STEM的衍射衬度 要获得强的衍射衬度,必需满足三个前提: 1、入射束平行,也就是会聚角要很小; 2、样品要倾转到双束前提; 3、只要透射束或者一束强的衍射束被物镜光阑套住。 完全相等操作前提 倒易道理 法子:削减STEM的收集半角 削减收集角会在必然程度上添加STEM的衍射衬度,但会添加图像噪声。总的 来说仍是不克不及和TEM的衍射衬度比拟。所以一般只用TEM来看衍衬像。 本章总结 质厚衬度和衍射衬度都是振幅衬度; 质厚衬度: 1、原子序数越大、厚度越厚的区域散射电子越强,所以在明场像中会表示 为暗,暗场像中会表示为亮;若是需要,能够定量化衬度; 2、TEM质厚衬度比STEM质厚衬度具有更低的噪声和更高的分辩率。但数 字化的STEM质厚衬度像能够通过处置显示更高的衬度; 3、对于厚的样品或对电子束敏感样品用STEM的质厚衬度是比力有益的。 4、用Z-contrast (HAADF)图像能够获得原子级的分辩率; 衍射衬度: 1、当电子被布拉格散射时,会呈现衍射衬度; 2、在TEM中要构成衍射衬度,需要用物镜光阑选择一个布拉格 衍射束。经常因为在STEM中,探测器会收集几束布拉格衍射 束,所以会降低衍射对比度; 3、凡是只用TEM做衍衬像,STEM的衍衬像由于噪声太高,所 以几乎从来不消。

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