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由电子发射的电子束可达30keV,经会聚透镜、物镜缩小和聚焦,在样品表面形成一个具有一定能量、强度、斑点直径的电子束。在扫描线圈的磁场作用下,入射电子束在样品表面上按照一定的空间和时间顺序做光栅式逐点扫描。由于入射电子与样品之间的相互作用,将从样品中激发出二次电子。由于二次电子收集极的作用,可将各个方向发射的二级电子汇集起来,再将加速极加速射到闪烁体上,转变成光信号,经过光导管到达光电倍增管,使光信号再转变成电信号。这个电信号又经视频放大器放大并将其输送至显像管的栅极,调制显像管的亮度。因而,再荧光屏上呈现一幅亮暗程度不同的、反映样品表面形貌的二次电子象。
样品室处在聚光镜之下,内有载放样品的样品台。样品台必须能做水平面上X、Y方向的移动,以选择、移动观察视野,相对应地配备了2个操纵杆或者旋转手轮,这是一个精密的调节机构,每一个操纵杆旋转10圈时,样品台才能沿着某个方向移动3mm左右。现代电镜可配有由计算机控制的马达驱动的样品台,力求样品在移动时,半薄切片测试服务,固定时稳定;并能由计算机对样品做出标签式定位标记,以便使用者在需要做回顾性对照时依靠计算机定位查找,这是在手动选区操作中很难实现的。
衍射图样的动态范围通常非常大。对于晶体样品,这个动态范围通常超出了CCD所能记录的大范围。因此TEM通常装备有胶卷暗盒以记录这些图像。对衍射图样点对点的分析非常复杂,这是由于图像与样品的厚度和方向、物镜的失焦、球面像差和色差等等因素都有非常密切的关系。尽管可以对格点图像对比度进行定量的解释,然而分析本质上非常复杂,需要大量的计算机来计算。衍射平面还有更加复杂的表现,例如晶体格点的多次衍射造成的菊池线。在会聚电子束衍射技术中,会聚电子束在样品表面形成一个极细的探针,从而产生了不平行的会聚波前,而汇聚电子束与样品的作用可以提供样品结构以外的信息,例如样品的厚度等等。
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