第 24 节 晶体 TEM 高分辨像分析

金属材料电子显微分析

燕山大学 材料电子显微分析

前言

质厚衬度 衍射衬度 相位衬度

衍射衬度和相位衬度

晶格像和结构像

1 －薄试样

2 －成像束

3 －消像散

4 －离 焦

1 成像方法

5 －10nm

2 －多束

离焦量

各晶面散射波

在像平面按位相迭加

失焦（ ΔI ）：衬度最大

/2

Δf ∑

∑

φ

Scherzer 条件2

2

f

2 Scherzer 条件

晶格像 结构像

3 高分辨像种类－成像束选择

晶格条纹

微晶的晶格条纹

SiC 二维晶格像

SiC 二维晶格像

α － SiN 结构像

β － SiN 结构像

4 试样厚度的影响Si 晶体－ [110] 的高分辨像随厚度变化

[1nm － 86nm ] / 5nm

波振幅随厚度变化－ Si 晶体 [110] 入射

5 离焦量的影响β － SiN 结构像随离焦量的变化

结构像

衬度反转

400KV t ＝ 3nm

10nm/ 档

－ 40nm －－70nm

0f

nmf 25

)(105 Scherzernmf

uvu ),(sin

vu

＋ 1

－ 1

),(sin vu

u0

00

1

ud

2

F F),( yxq ),( vuF ),(),( vuvu

弱相位体 衍射花样 高分辨像F F

F F),( yxq ),( vuF

高分辨成像的数学描述

高分辨成像的物理过程

（波函数－复平面）

6 高分辨模拟像 模拟基础

)],(exp[),(),( vuivuAvuT

])(2

1)([),( 222322 vuCvufvu s

F F),( yxq ),( vuF ),(),( vuvu

Zyxiyxq ),(1),(

),(),(),( vuTvuFvuF

Ivuvu ),(),(

dxdyikryxqvuF )exp(),(),(

)/11(

222 cvV

dzryxz

0

)(),(

模拟程序：

散射

多层法： Z

真空层： P

单胞结构因数： F

透射函数 : q （ x ，y ）

TEM

电压： V(λ)

球差： Cs

离焦量： Δf

色差： Cc

会聚角： α

光阑： A

β － SiN 结构像模拟像

β － SiN 原子排列

α － SiN 模拟像

α － SiN 原子排列

7 高分辨的标注－花样和标尺

5nm 2nm

晶格像：给出晶面指数（面间距）

5nm

结构像：给出结构单元和原子（团）

0.25nm

高分辨分析 小结1. 高分辨像的衬度特征；

2. 高分辨像的种类；

3. 影响高分辨图像的 2 个因素；

4. 高分辨像的观察特点；

5. 高分辨像的模拟与标注。

思考题1. 什么时候相位衬度？2. 高分辨像有哪几种？3. 高分辨成像的最佳条件是什么？4. 如何标注高分辨像？