주요 제한 사항TEM 성능구면 수차(수차라고도 함), 색 수차, 그리고 비점 수차가 있습니다. 구면 수차와 색 수차는 기존 TEM의 분해능을 제한합니다. 이 두 가지 결함은 모두 정적 회전 대칭 전자기장을 사용할 때 불가피합니다. 볼 수차는 대물렌즈의 성능을 결정하는 가장 중요한 요소입니다. 샘플이 두꺼울수록 색상 차이가 더 심해집니다. 이 문제를 줄이려면 샘플을 더 얇게 만드는 것이 가장 좋습니다. 산란은 상의 초점 성능에 영향을 미칠 수 있지만 완전히 보정할 수 있습니다. 구면 수차는 렌즈 필드가 축외 광선에 미치는 불균일한 효과로 인해 발생합니다. 즉, 광축에 "평행"하지만 광축으로부터 거리가 다른 광선은 같은 지점에 모일 수 없습니다. 전자가 광축에서 더 많이 벗어날수록 축 쪽으로 더 강하게 휘어집니다. 따라서 점과 같은 물체는 유한한 크기의 원반으로 상이 맺히므로 세부 사항을 확대하는 데 제한이 있습니다. 다음 그림은 공의 편향이 미치는 영향을 보여줍니다. 점 P는 "최소 혼돈" 평면에서 반지름이 가장 작은 원반으로, 이미지 평면에서는 PI로 나타납니다. 중앙의 밝은 영역은 강하고, 그 주변에는 후광이 있습니다.

이미지 평면에서 구면수차 디스크 반경(rsph)을 계산하는 표현식은 다음과 같습니다.

RSPH=Cs베타3

여기서 Cs는 특정 렌즈의 상수로, 구면 수차 계수라고 하며, β²는 대물렌즈 조리개의 최대 수렴 반각입니다. 이 유도에 따르면, Cs는 길이 차원을 가지며, 일반적으로 초점 거리와 거의 같습니다. TEM에서 초점 거리는 일반적으로 약 3mm이지만, HRTEM에서는 1mm보다 훨씬 작습니다. 수차를 최소화하는 방법 중 하나는 짧은 초점 거리 렌즈(즉, 구면 수차 계수가 작은 렌즈)를 사용하는 것입니다. 다음 이미지는 음의 구면 수차(위), 0의 구면 수차(가운데), 양의 구면 수차(아래)를 갖는 시스템으로 촬영된 점 광원의 예입니다. 중심점만 점으로, 그 위와 아래의 이미지는 디스크로 표시됩니다.

구면 수차가 점광원에 미치는 영향. 중앙 왼쪽의 상은 안쪽으로 초점이 흐려지고, 중앙 오른쪽의 상은 바깥쪽으로 초점이 흐려집니다.

색차: 색차라는 용어는 단색광이 아닌 전자의 에너지와 관련이 있습니다(광학에서 도입된 용어로, 전자는 에너지 변동이 없는 것으로 이해될 수 있습니다). 전자는 전자총에서 다양한 에너지로 방출되며, 대물렌즈는 이를 다양한 정도로 휘게 합니다. 에너지가 낮은(손실이 큰) 전자는 더 심하게 휘게 됩니다. 따라서 시료의 특정 지점에서 나온 전자는 구면 수차와 마찬가지로 다시 디스크 이미지를 형성합니다. 디스크의 반경(rchr)은 다음 공식으로 구합니다. 여기서 Cc는 렌즈의 색수차 계수(길이), ΔE는 전자의 에너지 손실, Eo는 초기 전자빔 에너지, β²는 렌즈의 집광 반각입니다.
입사 전자빔의 Δ E는 1eV 미만입니다. 두께가 50~100nm인 샘플을 통과하는 대부분의 전자의 경우, Δ E는 일반적으로 15~25eV입니다. 샘플이 두꺼울수록 비탄성 산란 전자의 비율이 더 높고 색차의 영향을 받을 수 있으므로 색차가 커집니다.

난시: 난시는 전자빔의 단면이 완전히 원형이 아닐 때 발생합니다.

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