怎么观测电子，电子怎么看

为了研究材料的结构并最终从TEM 获得材料的图像和衍射图案，人们必须学习如何操作如此昂贵的TEM，并花费几个小时准备样品。这些图像和衍射图案只是不同的电子强度分布，必须首先以某种方式观察到。然后您可以决定是否需要保存结果以供进一步分析。由于眼睛对电子不敏感，因此必须以某种方式将电子强度分布转换为可见光分布。

这个过程分为两部分：第一个是图像检测（和显示），第二个是图像记录。电子成像和存储技术的不断进步也在快速更新两个领域：图像检测和记录。

电子检测与显示

图A (A) 将强度均匀的电子束（用直线表示）施加到薄样品上。样品内电子的散射改变了发射电子的空间和角度分布。空间分布（强度）由波浪线表示。 (B) 角分布的变化由发射的电子束转换为几束前向散射电子束来表示。

如上图A所示，图像和衍射图反映了电子被薄样品散射后形成的两种不同的二维电子强度分布信息。如何发现和显示它们取决于您使用的是TEM 还是STEM 模式。在传统的TEM 模式下，入射光束是固定的，图像和衍射图案是固定的，因此可以轻松地将图像和衍射图案投影到显微镜镜筒内的观察屏幕上。例如，TEM图像是模拟物镜像平面上电子密度变化的图像。在电子离开图像平面和投影到显示屏上之前之间，不能以任何方式操纵图像或图像对比度。我们在这里简单讨论一下观察屏的本质，但似乎没有必要深入了解这一点，因为观察屏的原始材料的选择是由制造商决定的。您不必遵循这些限制，或者您可能会对它们的改进程度感到惊讶。

当使用STEM 模式或专用STEM 模式操作TEM 时，图像不是静态的，而是随着非常小的探头扫描观察区域而逐渐形成的。在这种情况下，可以使用各种类型的电子检测器来检测电子信号。如果要检测二次电子(SE) 或背散射电子(BSE) 信号，检测器必须靠近样品测角仪放置。如果您想获得前向散射电子的图像，例如在TEM 荧光屏上看到的图像，则必须在TEM 观察室中安装探测器。通常，检测到的信号被数字化，并且数字化的扫描图像作为模拟图像显示在荧光屏上。荧光屏通常被称为“CRT”，是“Cathode-ray Tube”的英文缩写，这个名称继承自早期电子物理学。如今，图像和衍射图案可以显示在由TEM 管旁边的TEM 主机控制的平面显示器上（或者有时投影到电子显微镜实验室墙上的等离子或LCD 屏幕上），这变得越来越普遍。

请注意，扫描图像的这种连续特征使其非常适合在线图像校正、图像处理和后续图像分析。来自电子探测器的信号可以在显示在CRT 或计算机屏幕上之前进行数字化和电子处理。这些过程对于模拟图像来说是不可能的。可以调整数字信号以提高对比度或减少噪声，并且可以以数学方式存储和处理数字信息。计算机内存变得越来越便宜，计算速度也越来越快，使得在线处理图像并从扫描图像中快速提取定量数据成为可能。随着计算机技术的发展，电视摄像机对TEM模拟图像的记录和数字化已经可以用于在线观察和处理图像，特别是高分辨率TEM图像，引起了广泛的兴趣。 CCD 技术正在迅速发展，很大程度上是由数码相机市场推动的，电子显微镜专家将继续受益于大型CCD 探测器的使用。因此，本章的部分内容将介绍这种对可见光和高能电子具有同等灵敏度的CCD。

“量子检测效率”或DQE的概念通常用于比较检测和记录设备的特性。如果探测器响应是线性的，DQE 可以简单地定义为：

式中的S/N是输出或输入信号的信噪比。因此，理想检测器的DQE 为1，而所有实际检测器的DQE 都小于1。

术语注释： 经常使用不精确的术语来描述电子的“外观”。由于电子实际上是不可见的，因此必须通过阴极发光（CL）现象用肉眼间接看到它们。所有电子显示系统都在某种程度上基于CL 现象，这是一种将电子（阴极射线）能量转换为光信号（荧光）的过程。因此，任何电子显示器都可以发出与落在显示器上的电子强度成比例的光。一些定义是：

由电离辐射引起的发光现象称为闪烁现象。

经过荧光处理，可快速发光。

磷光现象是指比荧光现象更长的波长和延迟时间：

所有这些术语都在电子显微镜中使用（尽管经常互换使用，但它们并不准确），因为“荧光屏”上涂有一层长延迟荧光粉。

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