朱静-EELS.ppt

1、E.M.Lab.Tsinghua,J.ZHU电子能量损失谱原理与应用电子能量损失谱原理与应用清华大学清华大学清华大学清华大学朱朱朱朱 静静静静2003.12.222003.12.22E.M.Lab.Tsinghua,J.ZHU内内 容容1、电子与物质交互作用、电子与物质交互作用2、电子显微镜、电子显微镜/电子能量损失谱仪组合电子能量损失谱仪组合3、电子能量损失谱仪的一些重要参数、电子能量损失谱仪的一些重要参数4、电子能量损失谱的谱图及谱图处理、电子能量损失谱的谱图及谱图处理5、电子通道效应和、电子通道效应和momentum-resolvedENEFS6、能量过滤像和能量过滤像和Z-衬度像衬度像

2、E.M.Lab.Tsinghua,J.ZHU电子与物质交互作用电子与物质交互作用E.M.Lab.Tsinghua,J.ZHU弹性散射与非弹性散射弹性散射与非弹性散射弹性散射与非弹性散射弹性散射与非弹性散射非弹性散射：非弹性散射：PhononsInterbandtransitionPlasmaionization电子衍射图中包含了弹电子衍射图中包含了弹性和非弹性散射的信息性和非弹性散射的信息E.M.Lab.Tsinghua,J.ZHU电子能量损失谱和非弹性散射电子能量损失谱和非弹性散射电子能量损失谱和非弹性散射电子能量损失谱和非弹性散射1：零损失峰和：零损失峰和phonons损失损失2：等离子振

3、荡和带间跃迁损失：等离子振荡和带间跃迁损失3：电离化过程损失：电离化过程损失4：本底：本底Al的电子能量损失谱图的电子能量损失谱图E.M.Lab.Tsinghua,J.ZHU和其它谱仪的比较和其它谱仪的比较和其它谱仪的比较和其它谱仪的比较由收集原子中电子跃迁信号提供由收集原子中电子跃迁信号提供由收集原子中电子跃迁信号提供由收集原子中电子跃迁信号提供电子结构信息电子结构信息电子结构信息电子结构信息XANES：X射线吸收边精细结构射线吸收边精细结构XPS(ESCA)：X射线光电子谱射线光电子谱KE=h-Eb （binding energy)UPS:紫外光紫外光电子子谱，bonding energy

4、.0.1-1mm空空间分辨率分辨率XES:X-ray Emission SpectroscopyAES:Auger Electron Spectroscopy,20nm空间分辨率空间分辨率ELNES:电离损失峰精电离损失峰精细结构细结构E.M.Lab.Tsinghua,J.ZHU电子显微镜电子显微镜/电子能量损失谱仪组电子能量损失谱仪组合合E.M.Lab.Tsinghua,J.ZHU组合要求组合要求n n具不同能量的电子有不同通道具不同能量的电子有不同通道具不同能量的电子有不同通道具不同能量的电子有不同通道n n能量色散面上显示具不同能量的能量色散面上显示具不同能量的能量色散面上显示具不同能量

5、的能量色散面上显示具不同能量的电子的分布电子的分布电子的分布电子的分布n n动能相同的电子聚焦在同一线上动能相同的电子聚焦在同一线上动能相同的电子聚焦在同一线上动能相同的电子聚焦在同一线上 磁棱镜磁棱镜n n能量色散面的共轭面能量色散面的共轭面能量色散面的共轭面能量色散面的共轭面TEMTEM：投影镜的后焦面投影镜的后焦面投影镜的后焦面投影镜的后焦面DSTEMDSTEM：物平面物平面物平面物平面TEMFEFTEMFEF：在？在？在？在？E.M.Lab.Tsinghua,J.ZHU两种类型的两种类型的两种类型的两种类型的TEM-EELSTEM-EELS结构结构结构结构n n内置内置型型n n外置（

6、后置）谱仪型外置（后置）谱仪型E.M.Lab.Tsinghua,J.ZHU内置内置型型 JEM2010FEFJEM2010FEFEnergydispersionE.M.Lab.Tsinghua,J.ZHU内置内置型型 JEM2010FEFJEM2010FEFXorbit(theplaneperpendiculartothemagneticfield)Yorbit(theplaneparalleltothemagneticfield)E.M.Lab.Tsinghua,J.ZHU内置内置型型 JEM2010FEFJEM2010FEFE.M.Lab.Tsinghua,J.ZHUGATANPEELS外

7、（后）置系统外（后）置系统E.M.Lab.Tsinghua,J.ZHUGATAN PEELS 系统系统n n谱仪的能量色散面的共轭面是投影镜的后焦面谱仪的能量色散面的共轭面是投影镜的后焦面谱仪的能量色散面的共轭面是投影镜的后焦面谱仪的能量色散面的共轭面是投影镜的后焦面谱仪的物即为投影镜后焦面上的衬度分布谱仪的物即为投影镜后焦面上的衬度分布谱仪的物即为投影镜后焦面上的衬度分布谱仪的物即为投影镜后焦面上的衬度分布TEM Image mode:TEM Image mode:Screen:“image”Screen:“image”投影镜后焦面投影镜后焦面投影镜后焦面投影镜后焦面“diff.patter

8、n”diffraction couplingdiff.pattern”diffraction coupling 谱仪的物谱仪的物谱仪的物谱仪的物“diff.pattern”diff.pattern”TEM Diff mode:TEM Diff mode:Screen:“diff.pattern”Screen:“diff.pattern”投影镜后焦面投影镜后焦面投影镜后焦面投影镜后焦面 “image”image couplingimage”image coupling 谱仪的物谱仪的物谱仪的物谱仪的物“image”image”E.M.Lab.Tsinghua,J.ZHU电子能量损失谱仪的一些重要

9、参数电子能量损失谱仪的一些重要参数E.M.Lab.Tsinghua,J.ZHU谱仪的一些重要参数谱仪的一些重要参数谱仪的一些重要参数谱仪的一些重要参数色散度色散度色散度色散度dispersion:dx/dE 色散度色散度 x:色散面上的空间坐标色散面上的空间坐标E:电子能量电子能量色散度随色散度随入射电子的能量变化而变化入射电子的能量变化而变化磁棱镜的磁场变化而变化磁棱镜的磁场变化而变化对对PEELS,dx/dE 1.5 m/eV E.M.Lab.Tsinghua,J.ZHU谱仪的一些重要参数谱仪的一些重要参数谱仪的一些重要参数谱仪的一些重要参数能量分辨率能量分辨率能量分辨率能量分辨率ener

10、gyresolutionE：能量分辨率能量分辨率定义：定义：E：零损失峰的半高宽零损失峰的半高宽E 与电子源种类有关与电子源种类有关(EWELaB6EFEG)冷场发射枪的能量分辨率可达冷场发射枪的能量分辨率可达0.3eV随损失能量增加，能量分辨率变差随损失能量增加，能量分辨率变差E.M.Lab.Tsinghua,J.ZHU谱仪的一些重要参数谱仪的一些重要参数谱仪的一些重要参数谱仪的一些重要参数点扩展函数点扩展函数点扩展函数点扩展函数PointspreadfunctionPointspreadfunction由于系统，特别是由于系统，特别是由于系统，特别是由于系统，特别是YAGYAG，存在的点扩

11、展函数，使得存在的点扩展函数，使得存在的点扩展函数，使得存在的点扩展函数，使得到的信号到的信号到的信号到的信号“delocalization”delocalization”在在在在EELSEELS谱图中，若原信息只占一个谱图中，若原信息只占一个谱图中，若原信息只占一个谱图中，若原信息只占一个ChannelChannel，但但但但由于点扩展函数效应，信号可占大于一个或几个由于点扩展函数效应，信号可占大于一个或几个由于点扩展函数效应，信号可占大于一个或几个由于点扩展函数效应，信号可占大于一个或几个ChannelsChannels采用对测量的信号解卷的方法，消除点扩展函数的采用对测量的信号解卷的方法

12、，消除点扩展函数的采用对测量的信号解卷的方法，消除点扩展函数的采用对测量的信号解卷的方法，消除点扩展函数的影响影响影响影响E.M.Lab.Tsinghua,J.ZHU谱仪的一些重要参数谱仪的一些重要参数谱仪的一些重要参数谱仪的一些重要参数谱仪接收角谱仪接收角谱仪接收角谱仪接收角STEM:=d/2hE.M.Lab.Tsinghua,J.ZHU谱仪的一些重要参数谱仪的一些重要参数谱仪的一些重要参数谱仪的一些重要参数谱仪接收角谱仪接收角谱仪接收角谱仪接收角TEMimagemode=ob/M100mrad.无物镜光栏无物镜光栏TEMdiff.mode=deffB/RE.M.Lab.Tsinghua,J

13、.ZHU谱仪的一些重要参数谱仪的一些重要参数谱仪的一些重要参数谱仪的一些重要参数空间分辨率空间分辨率空间分辨率空间分辨率SpatialresolutionSpatialresolution取决于采集谱时，所选择的电子显微镜的模式取决于采集谱时，所选择的电子显微镜的模式取决于采集谱时，所选择的电子显微镜的模式取决于采集谱时，所选择的电子显微镜的模式 TEMmode:TEMmode:谱仪光栏直径谱仪光栏直径谱仪光栏直径谱仪光栏直径/放大倍率放大倍率放大倍率放大倍率 1 1mm/100000=10nmmm/100000=10nm能量损失大时，受物镜色差影响，可造成偏离物位置约能量损失大时，受物镜色差

14、影响，可造成偏离物位置约能量损失大时，受物镜色差影响，可造成偏离物位置约能量损失大时，受物镜色差影响，可造成偏离物位置约 100100nmnm适合于采用大的谱仪接收角，获得好的能量分辨率，空间分辨率差适合于采用大的谱仪接收角，获得好的能量分辨率，空间分辨率差适合于采用大的谱仪接收角，获得好的能量分辨率，空间分辨率差适合于采用大的谱仪接收角，获得好的能量分辨率，空间分辨率差 TEMdiff.:TEMdiff.:空间分辨率空间分辨率空间分辨率空间分辨率 样品上的束斑直径样品上的束斑直径样品上的束斑直径样品上的束斑直径一般电镜：由选区衍射光栏确定样品上对一般电镜：由选区衍射光栏确定样品上对一般电镜：

15、由选区衍射光栏确定样品上对一般电镜：由选区衍射光栏确定样品上对EELSEELS譜有贡献的区域譜有贡献的区域譜有贡献的区域譜有贡献的区域 DSTEM:DSTEM:由聚焦电子束确定样品上对由聚焦电子束确定样品上对由聚焦电子束确定样品上对由聚焦电子束确定样品上对EELSEELS譜有贡献的区域譜有贡献的区域譜有贡献的区域譜有贡献的区域有可能获得接近一个原子柱的空间分辨率有可能获得接近一个原子柱的空间分辨率有可能获得接近一个原子柱的空间分辨率有可能获得接近一个原子柱的空间分辨率E.M.Lab.Tsinghua,J.ZHU三种模式的光路图三种模式的光路图三种模式的光路图三种模式的光路图虚线表示沿着虚线表示

16、沿着角的束散射角的束散射E.M.Lab.Tsinghua,J.ZHU三种模式采集三种模式采集三种模式采集三种模式采集EELSEELS谱时的参数考虑谱时的参数考虑谱时的参数考虑谱时的参数考虑E.M.Lab.Tsinghua,J.ZHU电子能量损失谱的谱图、电子能量损失谱的谱图、谱图处理及应用谱图处理及应用E.M.Lab.Tsinghua,J.ZHU电子能量损失与动量转换电子能量损失与动量转换电子能量损失与动量转换电子能量损失与动量转换入射束具能量入射束具能量E0，波矢波矢K0，散射角散射角损失能量为损失能量为E，损失能量后，波矢为损失能量后，波矢为K样品的动量转换样品的动量转换qq=K0K在在E很小时，近似可得很小时，近似可得q2=K02(2+E2)E是一表征能量损失的特征角是一表征能量损失的特征角E.M.Lab.Tsinghua,J.ZHUAlAl的谱图的谱图的谱图的谱图1：零损失峰和：零损失峰和phonons损失损失2：等离子振荡和带间跃：等离子振荡和带间跃迁损失迁损失3：离子化过程损失：离子化过程损失4：本底：本底E.M.Lab.Tsinghua,J.ZHU零损失峰零损失峰零损失峰