TEM常用附件解析

2023-06-20 理论教育版权反馈

【摘要】：由于TEM和SEM一样，是利用电子束与样品发生相互作用后的一部分信号进行工作。所以适用于SEM的探测附件也可用于TEM。所以说，利用在TEM仪器上添加不同的附件，赋予了TEM不同的功能，使人们得到的信息不仅仅是图像和衍射。

由于TEM和SEM一样，是利用电子束与样品发生相互作用后的一部分信号进行工作。所以适用于SEM的探测附件（如EDS）也可用于TEM。所以说，利用在TEM仪器上添加不同的附件，赋予了TEM不同的功能，使人们得到的信息不仅仅是图像和衍射。由于在上一节已经介绍过能谱仪（EDS），本节不再介绍其工作原理，只介绍它的应用。

1.STEM

STEM是scanning transmission electron microscopy的缩写，中文称为扫描透射电子显微镜，但在实际中只是作为一个SEM或TEM的附件存在，由于使用该附件时的样品制备方法与TEM的相同，故放在这节介绍。但我们应该知道，STEM也可安装在SEM上。

在常规的TEM上加一个可控制电子束进行扫描的线圈及其相应的控制系统，就可以实现STEM的功能。其工作原理为：将电子束会聚成一定光斑尺寸的细电子束，检测该细电子束在某点穿透样品后的透射电子信号可得到该点的信息；利用扫描线圈控制细电子束在样品的一定区域内进行扫描，即可得到一个关于该区域的图像。STEM的作用是配合EDS或EELS对样品进行成分分布分析（Mapping），也可以配合高角环状电子接收器进行Z衬度像工作。与SEM的Mapping相同，可以得到某种元素在一定区域中的分布状态。但由于TEM的样品很薄，使得在进行Mapping分析时减少了X射线的工作深度，有利于得到更接近于真实的元素分布状态，故在纳米分析领域，STEM与EDS配合获得的Mapping得到了越来越广泛的应用。

2.EELS

当入射电子进入样品内部后，带电的电子会破坏局部区域的电中性环境，引起价电子的集体震荡，即产生等离子激发；而入射电子也会损失一部分能量。由于所激发的等离子的能量是量子化的，所以入射电子的能量损失值有其固定值，该值随样品的不同元素和成分差别会发生改变，称为特征能量损失。如果在TEM中利用能量分析器把具有不同能量的透射电子分开，就可以得到电子能量损失谱（EELS）。从物理理论可以知道，电子与轻元素作用时能量损失比较大，因此EELS对于检测轻元素更为敏感，正好与适用于检测重元素的EDS形成互补。

利用EELS除了可以检测元素外，还可以获得样品中原子的能带结构、电子态密度、原子最邻近分布等信息。利用不同能量的电子成像，可以得到EELS的能量过滤像，类似于Mapping分析。

3.样品台

常规的TEM都配有单倾台和双倾台，但远远不能满足使用要求。为此多个公司设计了不同的样品台供用户选择，如可同时放入多个样品的多头样品杆、加热样品杆、冷冻样品杆、铍样品杆、高倾样品杆和三维重构样品杆等等。2013年，中科院物理所又研制了可加磁信号和光信号的原位样品杆。

TEM常用附件解析

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