ELECTRON TRANSMISSION MICROSCOPY

Résumé
Le but de ce cours est d'expliquer la formation des images de défauts et de montrer qu'une bonne connaissance de la théorie peut donner d'importantes informations sur la nature des défauts. Les différents paramètres décrivant la diffraction des électrons par une lame parfaite sont introduits et discutés : longueur d'onde, réflexion de Bragg, angle de Bragg, surface de dispersion, distance d'extinction, écart à l'interférence, longueur d'absorption, champ clair, champnoir, contours d'extinction, approximation de la colonne. On considère ensuite les interfaces planes séparant deux parties d'un cristal, telles que fautes d'empilement, parois d'antiphase, parois de domaines. On montre que les amplitudes des ondes transmises et diffractées peuvent être calculées en considérant que les faisceaux issus de la première partie du cristal sont incidents sur la seconde partie. L'image est un diagramme de franges, dont l'interfrange dépend du cristal et des plans réflecteurs considérés et non pas du type d'interface. Quelques propriétés de l'image sont présentées, et particulièrement celles qui permettent de différencier les fautes intrinsèques et extrinsèques dans les métaux c. f. c., ainsi que celles qui distinguent les fautes d'empilement des parois de domaine. Dans la dernière partie, on discute du contraste dû aux défauts tels que dislocations, petites boucles, précipités, cavités, amas, etc... Dans ce cas, l'image est une conséquence du champ de déformation qui affecte de manière continue les plans réflecteurs. On présente brièvement quelques propriétés des dislocations, qui peuvent être utilisées pour déterminer leur vecteur de Burgers.

Abstract
The purpose of this short lecture is to explain why defects are imaged in the electron microscope, and to emphasize that a good understanding of the theory can lead to important informations about the defects. First, the different notions and parameters describing the diffraction of electrons by a perfect foil are introduced and discussed to some extent : wavelength, Bragg reflection, Bragg angle, dispersion surface, extinction distance, excitation error, absorption length, bright field, dark field, extinction contours, column approximation. Next, one considers planar interfaces separating two crystal parts, like stacking faults, antiphase boundaries, domain boundaries. It is shown that the amplitudes of the transmitted and scattered beam can be calculated by considering the transmitted and scattered waves emerging from the first part again as incident on the second part of the crystal foil. The image is a fringe pattern, the fringe spacing depending on the crystal and the active reflection, and not on the type of interface. Some properties of the image are reviewed, in particular those which enable to differentiate intrinsic and extrinsic stacking faults in f. c. c metals, and the property which enables to distinguish stacking faults and domain boundaries. In the last part of the lecture, the contrast image is discussed of defects like dislocations, small loops, precipitation, voids, clusters a. s. o. The image is in this case a consequence of the elastic strains which deform continuously the reflecting lattice planes. Some qualitative properties of dislocations are briefly discussed, which can be used to determine the Burgers vector.