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1、第十四章第十四章 其他显微分析方法其他显微分析方法【教学内容】【教学内容】1.离子探针显微分析离子探针显微分析 2.俄歇电子能谱仪俄歇电子能谱仪 3.高分辨透射电镜高分辨透射电镜【重点掌握内容】【重点掌握内容】1.俄歇电子能谱的基本原理俄歇电子能谱的基本原理 2.俄歇电子能谱分析及应用俄歇电子能谱分析及应用 3.高分辨透射电镜的结构特征和成像原理高分辨透射电镜的结构特征和成像原理【教学难点】【教学难点】1.俄歇电子能谱的基本原理和能谱分析俄歇电子能谱的基本原理和能谱分析 2.高分辨透射电镜的成像原理高分辨透射电镜的成像原理 一一.离子探针显微分析离子探针显微分析 离子探针是一种微区成分分析仪器
2、离子探针是一种微区成分分析仪器。利用电。利用电子光学方法把惰性气体等初级离子加速并聚焦成子光学方法把惰性气体等初级离子加速并聚焦成细小的高能离子束轰击样品表面，使之激发和溅细小的高能离子束轰击样品表面，使之激发和溅射二次离子，经过加速并进行质谱分析。不同元射二次离子，经过加速并进行质谱分析。不同元素的离子具有不同的荷质比素的离子具有不同的荷质比e/m，据此可描出离子，据此可描出离子探针的质谱曲线，因此，离子探针可进行微区成探针的质谱曲线，因此，离子探针可进行微区成分分析。分析区域可降低到分分析。分析区域可降低到1-2um直径和直径和5nm的的深度，大大改善表面了表面成分分析的功能。深度，大大改
3、善表面了表面成分分析的功能。离子探针仪结构示意图离子探针仪结构示意图(一一)仪器结构与分析原理仪器结构与分析原理 u高能离子束与固体样品的交互作用高能离子束与固体样品的交互作用l反射离子：一部分入射离子在样品表面发生弹性碰撞后被反向弹回。反射离子：一部分入射离子在样品表面发生弹性碰撞后被反向弹回。l二次离子：入射离子与样品原子碰撞时，可以将样品中的原子击出，被二次离子：入射离子与样品原子碰撞时，可以将样品中的原子击出，被击出的原子可以是离子状态，也可以是中性原子状态，甚至是分子离子击出的原子可以是离子状态，也可以是中性原子状态，甚至是分子离子（被击出部分是化合物）。被入射离子激发产生的这些离子
4、，统称为二（被击出部分是化合物）。被入射离子激发产生的这些离子，统称为二次离子。次离子。lX光子或俄歇电子：入射离子还通过非弹性碰撞而激发出原子中的电子，光子或俄歇电子：入射离子还通过非弹性碰撞而激发出原子中的电子，使受激原子发射使受激原子发射X光子或俄歇电子。光子或俄歇电子。l离子注入：一部分入射离子经过多次非弹性碰撞，逐渐消耗能量直到停离子注入：一部分入射离子经过多次非弹性碰撞，逐渐消耗能量直到停止运动，存留在样品中，称为离子注入。止运动，存留在样品中，称为离子注入。u二次离子分类、记录：二次离子分类、记录：二次离子采用静电分析器和偏转磁二次离子采用静电分析器和偏转磁场组成的双聚焦系统对离
5、子分类、记录。场组成的双聚焦系统对离子分类、记录。u 扇形磁铁（具有均匀磁场）的作用：把离子按荷质比扇形磁铁（具有均匀磁场）的作用：把离子按荷质比（e/m）进行分类。在加速电压为）进行分类。在加速电压为U下，离子的动能：下，离子的动能：由磁场产生的偏转及磁场内离子轨迹半径：由磁场产生的偏转及磁场内离子轨迹半径：u圆筒形电容器式静电分析器的作用圆筒形电容器式静电分析器的作用：由径向电场产生：由径向电场产生的向心力，使能量比较分散的离子聚焦。的向心力，使能量比较分散的离子聚焦。电场产生的向电场产生的向心力：心力：离子轨迹半径：离子轨迹半径：(二二)离子探针质谱分析离子探针质谱分析结果结果u底片记录
6、底片记录：离子数量被显：离子数量被显示为谱线的感光黑度。示为谱线的感光黑度。u电子倍增器计数电子倍增器计数：谱线强：谱线强度（度（cps）表明元素或同位）表明元素或同位素的相对含量。素的相对含量。典型离子探针质谱分析结果典型离子探针质谱分析结果18.5kev氧离子（氧离子（O）轰击的硅半导体）轰击的硅半导体(三三)离子探针质谱分析特点及应用离子探针质谱分析特点及应用u分析特点：数据量大，分析过程比较复杂；探测灵敏度分析特点：数据量大，分析过程比较复杂；探测灵敏度高。高。u应用：应用：l剖面分析：利用初级离子轰击溅射剥层，可获得元素浓度剖面分析：利用初级离子轰击溅射剥层，可获得元素浓度随深度的变
7、化随深度的变化l元素面分布分析：与电子探针类似，可以分析金属及合金元素面分布分析：与电子探针类似，可以分析金属及合金中微量元素的分布状态。中微量元素的分布状态。l材料微区氢分析材料微区氢分析 1.电子与样品作用后激发出的俄歇电子特点：电子与样品作用后激发出的俄歇电子特点：u俄歇电子具有特征能量，适宜作成分分析；俄歇电子具有特征能量，适宜作成分分析；u俄歇电子的激发体积很小，其空间分辨率和电子束斑直径俄歇电子的激发体积很小，其空间分辨率和电子束斑直径大致相当，适宜作微区化学成分分析；大致相当，适宜作微区化学成分分析；u俄歇电子的平均自由程很短，一般在俄歇电子的平均自由程很短，一般在2nm范围，只
8、能浅范围，只能浅表层表层(约几个原子层厚度约几个原子层厚度)内的俄歇电子才能逸出样品表面被内的俄歇电子才能逸出样品表面被探测器接收。适宜作表面化学成分分析；探测器接收。适宜作表面化学成分分析；俄歇电子能谱法俄歇电子能谱法是用具有一定能量的电子束是用具有一定能量的电子束(或或X射线射线)激激发样品俄歇效应，通过检测俄歇电子的能量和强度，从而获发样品俄歇效应，通过检测俄歇电子的能量和强度，从而获得有关材料表面化学成分和结构的信息的方法。得有关材料表面化学成分和结构的信息的方法。二二.俄歇电子能谱分析俄歇电子能谱分析(一一)分析原理分析原理2.俄歇跃迁及其几率：俄歇跃迁及其几率：u俄歇电子产生的过程
9、：俄歇电子产生的过程：A壳层电子电离，壳层电子电离，B壳层电子向壳层电子向A壳层空位跃壳层空位跃迁，导致迁，导致C壳层电子发射，即俄歇电子。考虑到壳层电子发射，即俄歇电子。考虑到A电子的电离引起原子库仑电场的改组，使电子的电离引起原子库仑电场的改组，使C壳壳层能级由层能级由EC(Z)变成变成 EC(Z+)，其特征能量为：，其特征能量为：EABC(Z)=EA(Z)-EB(Z)EC(Z+)-EW EW 样品材料逸出功样品材料逸出功 修正值修正值 u例如：原子发射一个例如：原子发射一个KL2L2俄俄歇电子，其能量为歇电子，其能量为 EKL2L2=EK EL2 EL2-EW 引起俄歇电子发射的电引起俄
10、歇电子发射的电子跃迁多种多样，有子跃迁多种多样，有K系、系、L系、系、M系等。系等。俄歇电子与特征俄歇电子与特征X射线是射线是两个相互关联和竞争的发射两个相互关联和竞争的发射过程过程，其相对发射几率，即，其相对发射几率，即荧光产额荧光产额 K 和俄歇电子产额和俄歇电子产额 K 满足（满足（K系为例）系为例）各种元素的俄歇电子能量各种元素的俄歇电子能量uZ15时，无论时，无论K、L、M系，俄歇发系，俄歇发射占优势，因而对射占优势，因而对轻元素，用俄歇电轻元素，用俄歇电子谱分析具有较高子谱分析具有较高灵敏度。灵敏度。u通常通常Z 14的元的元素，采用素，采用KLL电子；电子；14 Z ，则：则：n
11、此电势将加速电子的运动，使自由电子的动能从此电势将加速电子的运动，使自由电子的动能从Ek增加到增加到Ek Ek Ek h Eb Ek Eb h Ek 式中式中 是仪器的功函数，是一定值，约为是仪器的功函数，是一定值，约为4eV，h 为实验时选用的为实验时选用的X射线能量为已知，通过精确射线能量为已知，通过精确测量光电子的动能测量光电子的动能Ek，即能计算出，即能计算出Eb。n各种原子、分子轨道的电子结合能是一定的，据各种原子、分子轨道的电子结合能是一定的，据此可鉴别各种原子和分子，即可进行定性分析。此可鉴别各种原子和分子，即可进行定性分析。n光电子能谱的谱线常以被激发电子所在能级来表光电子能谱
12、的谱线常以被激发电子所在能级来表示，如示，如K层激发出来的电子称为层激发出来的电子称为1s光电子，光电子，L层激层激发出来的光电子分别记为发出来的光电子分别记为2s,2p1/2,2p3/2电子等等。电子等等。表列出了光电子能谱中常用的标准谱线。表列出了光电子能谱中常用的标准谱线。nX射线光电子能谱的有效探测深度，对于金属和射线光电子能谱的有效探测深度，对于金属和金属氧化物是金属氧化物是2.5nm,对有机物和聚合材料一般对有机物和聚合材料一般是是410nm。n能谱中表征样能谱中表征样品芯层电子结品芯层电子结合能的一系列合能的一系列光电子谱峰称光电子谱峰称为为元素的特征元素的特征峰峰。Ag的光电子
13、能谱图（的光电子能谱图（MgK 激发）激发）1.化学位移化学位移n因原子所处化学环境不同，因原子所处化学环境不同，使原子芯层电子结合能发生使原子芯层电子结合能发生变化，则变化，则X射线光电子谱谱峰射线光电子谱谱峰位置发生移动，称之为位置发生移动，称之为谱峰谱峰的化学位移的化学位移。n右图所示为带有氧化物钝化右图所示为带有氧化物钝化层的层的Al的的2p光电子能谱图。光电子能谱图。n由图可知，由图可知，原子价态的变化原子价态的变化导致导致A1的的2p峰位移峰位移。A1的的2p电子能谱的化学位移电子能谱的化学位移物理位移物理位移n由于固体的热效应与表面荷电效应等物理因素引起电由于固体的热效应与表面荷
14、电效应等物理因素引起电子结合能改变，从而导致光电子谱峰位移，此称之为子结合能改变，从而导致光电子谱峰位移，此称之为物理位移物理位移。n在应用在应用X射线光电子谱进行化学分析时，应射线光电子谱进行化学分析时，应尽量避免尽量避免或消除物理位移或消除物理位移。2.伴峰与谱峰分裂伴峰与谱峰分裂n能谱中出现的非光电子峰称为能谱中出现的非光电子峰称为伴峰伴峰。n如光电子如光电子(从产生处向表面从产生处向表面)输远过程中因非弹性散射输远过程中因非弹性散射(损损失能量失能量)而产生的能量损失峰，而产生的能量损失峰，X射线源射线源(如如Mg靶的靶的K 1与与K 2双线双线)的强伴线的强伴线(Mg靶的靶的K 3与
15、与K 4等等)产生的伴峰，俄歇产生的伴峰，俄歇电子峰等。电子峰等。谱峰分裂谱峰分裂n能谱峰分裂有多重态分裂与自旋能谱峰分裂有多重态分裂与自旋-轨轨道分裂等。道分裂等。n如果原子、分子或离子价如果原子、分子或离子价(壳壳)层有层有未成对电子存在，则内层芯能级电未成对电子存在，则内层芯能级电离后会发生能级分裂从而导致光电离后会发生能级分裂从而导致光电子谱峰分裂，称之为子谱峰分裂，称之为多重分裂多重分裂。n右图所示为右图所示为O2分子分子X射线光电子谱射线光电子谱多重分裂。电离前多重分裂。电离前O2分子价壳层有分子价壳层有两个未成对电子，内层能级两个未成对电子，内层能级(O1s)电电离后谱峰发生分裂
16、离后谱峰发生分裂(即多重分裂即多重分裂)，分裂间隔为。分裂间隔为。氧分子氧分子O1s多重分裂多重分裂(a)氧原子氧原子O1s峰峰(b)氧分子中氧分子中O1s峰分裂峰分裂（二）（二）X射线光电子能谱仪射线光电子能谱仪n主要组成部分：主要组成部分：X光源光源(激发源激发源)，样品室样品室，电子能量分析器电子能量分析器和和信息放大、记录信息放大、记录(显示显示)系统系统等组成。等组成。(X射线射线)光电子能谱仪方框图光电子能谱仪方框图（三）（三）X射线光电子能谱分析与应用射线光电子能谱分析与应用1.元素元素(及其化学状态及其化学状态)定性分析定性分析n方法：以实测光电子谱图与标准谱图相对照，根据元素
17、特方法：以实测光电子谱图与标准谱图相对照，根据元素特征峰位置征峰位置(及其化学位移及其化学位移)确定样品确定样品(固态样品表面固态样品表面)中存在中存在哪些元素哪些元素(及这些元素存在于何种化合物中及这些元素存在于何种化合物中)。n常用常用Perkin-Elmer公司的公司的X射线光电子谱手册射线光电子谱手册n定性分析原则上可以鉴定除氢、氦以外的所有元素。定性分析原则上可以鉴定除氢、氦以外的所有元素。n分析时首先通过对样品分析时首先通过对样品(在整个光电子能量范围在整个光电子能量范围)进行全扫进行全扫描，以确定样品中存在的元素；然后再对所选择的峰峰进描，以确定样品中存在的元素；然后再对所选择的
18、峰峰进行窄扫描，以确定化学状态。行窄扫描，以确定化学状态。X射线光电子标准谱图示例射线光电子标准谱图示例注意注意n定性分析时，必须注意识别伴峰和杂质、污染峰定性分析时，必须注意识别伴峰和杂质、污染峰(如样品如样品被被CO2、水分和尘埃等沾污，谱图中出现、水分和尘埃等沾污，谱图中出现C、O、Si等的特等的特征峰征峰)。n定性分析时一般利用元素的主峰定性分析时一般利用元素的主峰(该元素最强最尖锐的特该元素最强最尖锐的特征峰征峰)。n双峰结构情况有助于识别元素。特别是当样品中含量少的双峰结构情况有助于识别元素。特别是当样品中含量少的元素的主峰与含量多的另一元素非主峰相重叠时，双峰结元素的主峰与含量多
19、的另一元素非主峰相重叠时，双峰结构是识别元素的重要依据。构是识别元素的重要依据。2.定量分析定量分析n方法：理论模型法、灵敏度因子法、标样法等。方法：理论模型法、灵敏度因子法、标样法等。n应用最广的是元素应用最广的是元素(原子原子)灵敏度因子法灵敏度因子法。定量结果的准确。定量结果的准确性比俄歇能谱相对灵敏度因子法定量好，一般误差可以不性比俄歇能谱相对灵敏度因子法定量好，一般误差可以不超过超过20。n由于在一定条件下谱峰强度与其含量成正比，因而可以采由于在一定条件下谱峰强度与其含量成正比，因而可以采用用标样法标样法(与标准样品谱峰相比较的方法与标准样品谱峰相比较的方法)进行定量分析，进行定量分
20、析，精确度可达精确度可达1%2%。但由于标样制备困难费时，且应用。但由于标样制备困难费时，且应用具有一定的局限性，故标样法尚未得到广泛采用。具有一定的局限性，故标样法尚未得到广泛采用。3.化学结构分析化学结构分析n通过谱峰化学位移的分析不仅可以确定元素原子存在于何通过谱峰化学位移的分析不仅可以确定元素原子存在于何种化合物中，还可以研究样品的化学结构。种化合物中，还可以研究样品的化学结构。n从图中可以看到，这些化从图中可以看到，这些化合物中的碳原子分别处于合物中的碳原子分别处于两种不同的化学环境中两种不同的化学环境中(一一种是苯环上的碳，一种是种是苯环上的碳，一种是羧基碳羧基碳)，因而它们的，因
21、而它们的C1s谱是两条分开的峰。谱是两条分开的峰。n谱图中两峰的强度比谱图中两峰的强度比4:6、2:6和和1:6恰好符合恰好符合3种化合种化合物中羧基碳和苯环碳的比物中羧基碳和苯环碳的比例。由此种比例可以估计例。由此种比例可以估计苯环上取代基的数目，从苯环上取代基的数目，从而确定其结构。而确定其结构。1，2，4，5-苯四甲酸；苯四甲酸；1，2-苯二甲酸和苯二甲酸和苯甲酸钠的苯甲酸钠的C1s光电子谱图光电子谱图在固体研究方面的应用在固体研究方面的应用n对于固体样品，对于固体样品，X射线光电子平均自由程只有射线光电子平均自由程只有0.52.5nm(对于金属及其氧化物对于金属及其氧化物)或或410n
22、m(对于有机物和聚合材料对于有机物和聚合材料)，因而，因而X射线光电子能谱法是一种表面分析方法。射线光电子能谱法是一种表面分析方法。n以表面元素定性分析、定量分析、表面化学结构分析等基以表面元素定性分析、定量分析、表面化学结构分析等基本应用为基础，可以广泛应用于表面科学与工程领域的分本应用为基础，可以广泛应用于表面科学与工程领域的分析、研究工作，如表面氧化析、研究工作，如表面氧化(硅片氧化层厚度的测定等硅片氧化层厚度的测定等)、表面涂层、表面催化机理等的研究，表面能带结构分析表面涂层、表面催化机理等的研究，表面能带结构分析(半导体能带结构测定等半导体能带结构测定等)以及高聚物的摩擦带电现象分析
23、以及高聚物的摩擦带电现象分析等。等。uX射线光电子能谱法的特点射线光电子能谱法的特点n是一种无损分析方法是一种无损分析方法(样品不被样品不被X射线分解射线分解)；n是一种超微量分析技术是一种超微量分析技术(分析时所需样品量少分析时所需样品量少)；n是一种痕量分析方法是一种痕量分析方法(绝对灵敏度高绝对灵敏度高)。n但但X射线光电子能谱分析相对灵敏度不高，只能检测出样射线光电子能谱分析相对灵敏度不高，只能检测出样品中含量在品中含量在0.1%以上的组分。以上的组分。X射线光电子谱仪价格昂贵，射线光电子谱仪价格昂贵，不便于普及。不便于普及。四四.高分辨透射电子显微高分辨透射电子显微术术 高分辨透射电
24、子显高分辨透射电子显微术（微术（High-Resolution Transmission Electron Microscopy)是材料原子是材料原子级别显微组织结构的相级别显微组织结构的相位衬度显微术。它能使位衬度显微术。它能使大多数晶体材料中的原大多数晶体材料中的原子串成像。这些像通常子串成像。这些像通常用晶体的投影势来解释，用晶体的投影势来解释，但必须将实验像和计算但必须将实验像和计算机模拟像的衬度和像点机模拟像的衬度和像点排布规律进行详细的比排布规律进行详细的比较。较。Si单质晶体单质晶体001方向的高分辨像方向的高分辨像(一一)高分辨透射电镜的结构特征高分辨透射电镜的结构特征 HRT
25、EM和和TEM的基本结构相同，主要区别在于：的基本结构相同，主要区别在于：uHRTEM配备了高分辨物镜极靴和光阑组合，减小配备了高分辨物镜极靴和光阑组合，减小了样品台的倾转角，从而可获得较小的物镜球差系数，了样品台的倾转角，从而可获得较小的物镜球差系数，得到更高的分辨率。得到更高的分辨率。uHRTEM在图像的观察与记录设备方面常常配备在图像的观察与记录设备方面常常配备TV图像增强器或慢扫描图像增强器或慢扫描CCD相机，将荧光屏上的图像在相机，将荧光屏上的图像在监视器上进一步放大，便于图像观察和电镜调节。监视器上进一步放大，便于图像观察和电镜调节。(二二)高分辨电子显微像的原高分辨电子显微像的原
26、理理 透射电镜的作用是将样品上的每一点转换成最终图像上透射电镜的作用是将样品上的每一点转换成最终图像上的一个扩展区域。样品每一点的人状况都不相同，可以用样品的一个扩展区域。样品每一点的人状况都不相同，可以用样品透射函数透射函数q(x,y)来描述样品，而将最终图像上对应着样品上来描述样品，而将最终图像上对应着样品上(x,y)点的扩展区域描述成点的扩展区域描述成g(x,y)。假设样品上相邻的假设样品上相邻的A、B两点在图像上分别产生部分重叠两点在图像上分别产生部分重叠的图像的图像gA和和gB，则可将图像上每一点同样品上很多对图像有，则可将图像上每一点同样品上很多对图像有贡献的点联系起来：贡献的点联
27、系起来：1.样品透射函数样品透射函数 式中，表示卷积；式中，表示卷积；h(x,y)是点扩展函数，也叫脉冲响应是点扩展函数，也叫脉冲响应函数，只适用于样品中临近电镜光轴的小平面中的小片层。函数，只适用于样品中临近电镜光轴的小平面中的小片层。可用一个总的模型来描述试样厚度为可用一个总的模型来描述试样厚度为t时样品的透射函数时样品的透射函数q(x,y)：式中，式中，A(x,y)是振幅；是振幅；t(x,y)是相位，依赖于样品厚度是相位，依赖于样品厚度t 考虑到样品对电子波的吸收效应，则可在样品透射函数考虑到样品对电子波的吸收效应，则可在样品透射函数q(x,y)的表达式里增加吸收函数的表达式里增加吸收函
28、数(x,y)项，即：项，即：相位体近似相位体近似 如果样品非常薄，以至于如果样品非常薄，以至于Vt(x,y)1，则这一模型可，则这一模型可进一步简化。将指数函数展开，忽略进一步简化。将指数函数展开，忽略(x,y)和高阶项，则：和高阶项，则：弱相位体近似弱相位体近似Vt(x,y)：晶体结构沿：晶体结构沿z方向的二维投影方向的二维投影势势2.衬度传递函数衬度传递函数 综合考虑物镜光阑、离焦效应、球差效应以及色差效应的综合考虑物镜光阑、离焦效应、球差效应以及色差效应的影响，物镜衬度传递函数可以表示为：影响，物镜衬度传递函数可以表示为：3.相位衬度相位衬度高分辨电镜成像过程示意图高分辨电镜成像过程示意
29、图4.离焦量、样品厚度对像衬度的影响离焦量、样品厚度对像衬度的影响u实际上，高分辨像的获得往往适用了足够大的物镜光阑，实际上，高分辨像的获得往往适用了足够大的物镜光阑，是的透射束和至少一个衍射束参加成像。是的透射束和至少一个衍射束参加成像。透射束的作用时提透射束的作用时提供一个电子波波前的参考相位。供一个电子波波前的参考相位。u高分辨像实际上是所有参加成像的衍射束与透射束之间因高分辨像实际上是所有参加成像的衍射束与透射束之间因相位差而形成的干涉图像。因此，相位差而形成的干涉图像。因此，离焦量和试样厚度非直观离焦量和试样厚度非直观地影响高分辨像地衬度。地影响高分辨像地衬度。高分辨像照片中黑色背底
30、上地白点高分辨像照片中黑色背底上地白点可能随离焦量和试样厚度的改变而变成白色背底上的黑点，可能随离焦量和试样厚度的改变而变成白色背底上的黑点，即出现图像衬度反转即出现图像衬度反转，同时，像点的分布规律也会发生改变。，同时，像点的分布规律也会发生改变。在不同欠焦量和厚度下在不同欠焦量和厚度下Y0.25Zr0.75O2-x相的一些典型模拟高分辨像相的一些典型模拟高分辨像Nb2O5单晶在同一欠焦量下不同试样厚度区域的高分辨像单晶在同一欠焦量下不同试样厚度区域的高分辨像5.电子束倾斜、样品倾斜对相衬度的影响电子束倾斜、样品倾斜对相衬度的影响u电子束倾斜和样品倾斜均对高分辨像衬度有影响，两者的作电子束倾
31、斜和样品倾斜均对高分辨像衬度有影响，两者的作用是相当的用是相当的。u从前述的衬度传递理论可知，从前述的衬度传递理论可知，电子束轻微倾斜的主要影响是电子束轻微倾斜的主要影响是在衍射束中导入了不对称的相位移动在衍射束中导入了不对称的相位移动。轻微的电子束倾斜在常。轻微的电子束倾斜在常规的高分辨电子显微术的分析过程中是检测不到的。规的高分辨电子显微术的分析过程中是检测不到的。u实际电镜操作过程中，可利用样品边缘的非晶层（或非晶支实际电镜操作过程中，可利用样品边缘的非晶层（或非晶支持膜）来对中电子束持膜）来对中电子束。如果这一区域的衍射花样非常对称，则。如果这一区域的衍射花样非常对称，则电子束倾斜非常
32、小。对那些抗污染的样品来说，其周边没有非电子束倾斜非常小。对那些抗污染的样品来说，其周边没有非晶层，这时得考虑衍射谱得晶体对称性，或者观察样品较厚区晶层，这时得考虑衍射谱得晶体对称性，或者观察样品较厚区域得二级效应来获得足够精确得电子束和样品对中性能。域得二级效应来获得足够精确得电子束和样品对中性能。电子束和样品倾斜对电子束和样品倾斜对Ti2Nb10O29的模拟高分辨像衬度的影响的模拟高分辨像衬度的影响6.高分辨像的计算机模拟高分辨像的计算机模拟u高分辨像模拟计算结果表明，高分辨像模拟计算结果表明，实验像中的衬度往往比模拟像中实验像中的衬度往往比模拟像中的衬度小得多的衬度小得多。导致这一差距的
33、。导致这一差距的主要因素主要因素有有入射电子与样品的弹入射电子与样品的弹性和非弹性相互作用机制性和非弹性相互作用机制、对衍射束强度和物镜聚焦作用的模拟对衍射束强度和物镜聚焦作用的模拟计算计算以及以及图像记录系统的点扩展函数图像记录系统的点扩展函数。这些因素的综合作用造成。这些因素的综合作用造成了高分辨模拟像与实验像之间的区别，也就是说往往不能直接解了高分辨模拟像与实验像之间的区别，也就是说往往不能直接解释实验所获得高分辨像。因此，高分辨像的计算机模拟技术显得释实验所获得高分辨像。因此，高分辨像的计算机模拟技术显得非常重要。非常重要。u高分辨像的计算机模拟技术应用高分辨像的计算机模拟技术应用很广
34、。很广。首先首先，像模拟，像模拟起源于起源于试试图解释复杂氧化物的实验高分辨像，即为什么有些像中黑点代表图解释复杂氧化物的实验高分辨像，即为什么有些像中黑点代表了晶胞中重金属原子位置，而有些像中同一位置则表现为白点。了晶胞中重金属原子位置，而有些像中同一位置则表现为白点。因此，因此，高分辨像计算机模拟的首要应用是帮助分析实验所获得的高分辨像计算机模拟的首要应用是帮助分析实验所获得的高分辨像，即将实验像中的衬度特征同晶体结构特征联系起来高分辨像，即将实验像中的衬度特征同晶体结构特征联系起来。其次其次，通过像模拟，采用计算机图像处理技术中的图像冻结通过像模拟，采用计算机图像处理技术中的图像冻结技术
35、来粗略的研究一个特殊的像。技术来粗略的研究一个特殊的像。这样，我们就可获得一些这样，我们就可获得一些实验中所不能观察的信息，如样品表面出射电子波的振幅、实验中所不能观察的信息，如样品表面出射电子波的振幅、组成像强度的每一组元的幅度和相位，甚至每一对衍射束的组成像强度的每一组元的幅度和相位，甚至每一对衍射束的干涉对像强度的贡献等。干涉对像强度的贡献等。最后最后，像模拟也能帮助确认一台已像模拟也能帮助确认一台已知分辨率的电镜是否能够满足揭示某一晶体的结构特征的要知分辨率的电镜是否能够满足揭示某一晶体的结构特征的要求求。u高分辨像模拟计算的主要步骤高分辨像模拟计算的主要步骤：(1)建立晶体或缺陷的结构建立晶体或缺陷的结构模型；模型；(2)入射电子束穿过晶体层传播；入射电子束穿过晶体层传播；(3)电镜光学系统对电镜光学系统对散射波的传递；散射波的传递；(4)模拟像与实验像的定量比较。模拟像与实验像的定量比较。u常用的主要模拟计算软件常用的主要模拟计算软件：(1)Cerius；(2)Desktop Microscopist；(3)EMS；(4)EMS Online；(5)NCEMc-ZrO2，Y0.25Zr0.75O2-x和和Y0.5Zr0.5O2-y相的实验像相的实验像a)、b)、c)及模拟高分辨像及模拟高分辨像d)、e)、f)