看看STEM形式成像的衬度

  显微镜图画的衬度来历于样品对入射电子束的散射。电子波在穿过样品时振幅和相位会发生显着的改动，这两种改动都会引起图画衬度。因此，在

  其间，振幅衬度包括了质-厚衬度和衍射衬度。在TEM、STEM形式和明场（BF）、暗场（DF）像中都能调查到这两种衬度。

  相关的光学原理能够证明：在抱负的光学仪器体系和成像条件下，相同的光学体系中STEM像的分辩率和衬度与CTEM像的相同。即在传统透射电镜中得到的质厚衬度、衍射衬度和相位衬度悉数能够在STEM像中重现。运用以上三种衬度原理能够在必定条件下阐明STEM像的衬度。

  可是实践上STEM中的入射束孔径角2α和勘探器接纳孔2βs与CTEM成像时的相应视点有显着差异。在CTEM中一般入射束孔径角2αc约为5 x10^-1mrad，接纳孔径角2βc为1~10mrad。

  这一不同可由下图1暗示阐明。可见，TEM和STEM的成像条件不彻底相同，二者的像衬度有不同。

  下图2是纯铝薄试样的CTEM和STEM明场像，二者都可见到晶界的消光条纹，但CTEM像中呈现的曲折消光轮廓线在STEM像上消失了。

  总的来说，STEM的质厚衬度像关于厚试样或对电子辐照灵敏的试样最为有用。Z-衬度像（HAADF）能够到达原子分辩率水平。

  为此，研讨人员往往将STEM和CTEM二者协作运用，比如用CTEM形式取得好的衍射像和高分辩像；而用STEM调查试样中的小粒子以扫除衍衬效应的搅扰，调查非晶、复型和生物试样可使衬度改进，研讨不良导体试样时电荷堆集小，温升较小，进行微区X射线剖析和微衍射等。

  而ADF像和HAADF像还有特别运用，例如用大视点散射电子成像可调查到惯例明、暗场像难以显现的试样特征。

  STEM像的衬度能够终究靠仪器的信号处理操控，例如勘探器的增益（Gain）。黑色电平（Black Level）来调整，还能够用核算机上的亮度/衬度功用调整。

  STEM的质厚衬度像与TEM的像衬度机制相同，都是电子的弹性散射即卢瑟福散射几率不同而构成。卢瑟福散射截面能够表明为：

  可见，关于小视点散射，电子弹性散射截面份额于试样原子序数的平方，即Z^2。能够证明：强度为I的入射束经过物镜光阑的直射电子束强度It为：

  假如试样相邻两区的密度、厚度和散射截面分别为ρ1、t1、σt2，则二者因为直射电子束强度不同而发生的衬度G为：

  在用STEM环形勘探器接纳小视点（接纳角在大约5°以下）散射电子成像时（即ADF像），主要是质厚衬度，并包括一部分衍射电子的奉献。

  而接纳角大于5°主要是散射电子，可忽略不计布拉格衍射电子的奉献。这是仅有散射电子成像，其强度只和原子序数Z有关，因此称为原子序数衬度。它包括了试样中元素的信息，关于非晶资料和生物试样，这是最重要的成像衬度。

  下图是复相NACTS玻璃(Na、Al、Ti、Si的氧化物玻璃)的STEM像（场发射枪的专用STEM，加快电压100kv）。

  玻璃镜spinodal分解成复相安排，明场像[图a]中富Ca、Ti相（T相）的散射几率较大，直射束强度较小而呈现为深，而富Si、Al相（S相）均匀原子序数较小，散射几率比较小，因此直射束强度较大，显现为较亮堂区域；

  在环形暗场像（ADF）上则相反（见图[b]）,散射几率较大的富Ca、Ti相亮度较大、较亮堂，而均匀原子序数较小的S相显现为暗色，T相和S相的明暗和明场像相反。

  STEM衍衬像显着不如CTEM像的细节丰厚明晰，并且跟着接纳孔径角2βs的增大，STEM衍衬像中的细节丢失越多。

  STEM暗场像有中心暗场像（CDF）和环形暗场像（ADF）两种，CDF像仅用选定一支衍射束偏转到中心勘探器成像。而ADF像是由环形勘探器接纳若干个衍射束成像，这导致衍射衬度削弱。

  在复相玻璃基体上，榍石（CaTiSiO5）晶体从一颗金属Pd粒子的外表外延生长成“盆景”形状，图a与b分别是该“盆景”的STEM明场像和ADF暗场像。这时的ADF像包括了金属Pd粒子和榍石晶体布拉格角小于勘探器接纳角的悉数衍射束，此外还包括了金属Pd粒子和榍石晶体布拉格角小于勘探器接纳角的悉数衍射束，此外还包括了非晶玻璃相散射电子的奉献。因此在ADF像上，Pd粒子、榍石晶体以及富Ca、Ti玻璃相都呈现为亮堂的，仅有富Si、Al的S相为暗色的。

  所谓Z衬度像是高分辩的质量厚度成像技能，它代表了由一个原子或一列原子发生的，可勘探的散射电子所构成的质厚衬度的极限。选用高视点环形勘探器构成的暗场像能够轻松又有效地调查试样的Z-衬度像，所以它又称为HAADF像。

  惯例的暗场勘探器ADF总是会接纳到布拉格衍射电子，难以构成彻底的Z-衬度像。而用HAADF勘探器只是接纳散射角大于50mrad（约3°）的散射电子成像，就可构成Z-衬度像。为了尽最大或许防止衍射束电子进图HAADF勘探器，还应一起调理透镜减小衍射常数Lλ来到达意图。

  HAADF像的衬度直接和试样中原子的弹性散射截面相关。设试样基体的散射截面为σA，而其间合金元素或杂质元素的散射截面为σB，则构成的衬度C为：

  式中，CB为合金元素的原子浓度；FB为试样内合金元素替代基体原子的分数。据此预算的强度其肯定精度可优于±20%。在运用电子束标准小于0.3nm的场发射电子枪时，Z-衬度像的分辩率有或许挨近这个标准。

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