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球差电镜分析

2020.7.03

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   球差电镜的原理

  球差是像差的一种,是影响TEM分辨率的主要原因之一。由于像差(球差、像散、彗形像差和色差)的存在,无论是光学透镜还是电磁透镜,其透镜系统都无法做到完美。光学透镜中,可通过将凸透镜和凹透镜组合使用来减少由凸透镜边缘汇聚能力强中心汇聚能力弱所致的所有的光线(电子)无法汇聚到一个焦点的缺点,可对于电磁透镜,我们没有凹透镜,球差便成了影响TEM分辨率最主要也最难解决的问题。

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球差和色差示意图

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   ACTEM的种类

  TEM中包含多个磁透镜:聚光镜、物镜、中间镜和投影镜等。球差是由于磁镜的构造不完美造成的,那么这些磁镜组都会产生球差。当我们矫正不同的磁透镜就有了不同种类的ACTEM。回想一下STEM的原理,当我们使用STEM模式时,聚光镜汇聚电子束扫描样品成像,此时聚光镜球差是影响分辨率的主要原因。

  因此,以做STEM为主的TEM,球差校正装置会安装在聚光镜位置,即为AC-STEM。而当我们使用image模式时,影响成像分辨率的主要是物镜的球差,此种校正器安装在物镜位置的即为AC-TEM。当然也有在一台TEM上安装两个校正器的,就是所谓的双球差校正TEM。此外,由于校正器有电压限制,因此不同的型号的ACTEM有其对应的加速电压,如FEI TITAN 80-300 就是在80-300 kV电压下运行,也有专门为低电压配置的低压ACTEM。

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  不同球差电镜功能

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  球差电镜能够分析哪些元素

  元素分析一般用EDS和EELS两种分析方法,两者都是在STEM模式下工作的 ,且都能够做Mapping给出一个区域的元素分布图,区别在于EDS针对原子量比较重的元素,EELS测试比较轻的元素。

  EDS能够测试的元素:能量分辨率130ev,B之后都可以测,一般Na之后会比较准。

  EELS能够测试的元素:能量分辨率0.7ev,理论上Li之后可以测。C、N、O、F、Mn、Fe、Ni、Cu等这些元素多些,但有些元素在高能区,不好测。


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