电子显微镜中的溅射镀膜是什么？清晰 SEM 成像的基本准备工作

在电子显微镜的背景下，溅射镀膜是一种预处理技术，即将一层超薄的导电材料（通常是金或铂等金属）沉积到非导电样品上。这个过程是物理气相沉积（PVD）的一种形式，涉及在高真空下用高能离子轰击金属靶材，从而撞击出金属原子，这些原子随后均匀地覆盖在样品表面。

扫描电子显微镜（SEM）的基本挑战在于，非导电样品会积累来自电子束的电荷，从而严重扭曲图像。溅射镀膜是明确的解决方案，它使样品表面导电，以消散这种电荷，从而实现清晰、高分辨率的成像。

核心问题：为什么非导电样品在 SEM 中表现不佳

要理解溅射镀膜的必要性，我们必须首先研究它所解决的问题。SEM 通过用聚焦的电子束扫描表面来创建图像。

“充电”问题

当电子束击中导电样品时，多余的电子有路径可以接地。然而，在聚合物、陶瓷或生物组织等非导电材料上，这些电子会积聚在表面。

这种现象被称为样品充电。

对图像质量的影响

这种被困住的电荷会偏转入射的电子束，并干扰用于形成图像的信号。这会导致严重的成像伪影，例如明亮的斑点、条纹以及细节和分辨率的急剧损失。

如果没有导电表面，几乎不可能从大多数非金属样品中获得有用的图像。

样品损坏的风险

来自电子束的能量也可能积聚成局部热量。对于脆弱或对热敏感的样品，这可能导致熔化、变形或其它形式的束致损伤，从而破坏您打算研究的特征。

溅射镀膜如何提供解决方案

溅射镀膜通过从根本上改变样品的表面特性，直接对抗充电和束致损伤的问题。

创建导电通路

主要的好处是创建了一条通往地面的路径。薄而连续的金属薄膜允许电子束的多余电荷从成像区域流走，从而完全防止充电伪影。

改善信号以获得更好的图像

金属涂层显著改善了二次电子的发射——这是用于生成 SEM 所特有的高分辨率形貌图像的主要信号。这带来了更强、更清晰的信号和更清晰的最终图像。

增强导热性

金属层也是优良的导热体。它能有效地将热量从与电子束接触的点散发出去，保护脆弱的样品免受热损伤。

保持精细的表面细节

由于溅射是一个低温过程，它非常适合生物样品等对热敏感的材料。它沉积的涂层精确地贴合样品现有的形貌，保留了复杂的、三维的表面，以供准确成像。

了解取舍

尽管溅射镀膜是必不可少的，但它是一个需要精度的过程。目标是复制样品的表面，而不是掩盖它。

涂层不是样品本身

至关重要的是要记住，您最终成像的是金属涂层。涂层太厚会掩盖精细的表面细节，而不均匀的涂层可能会引入原始样品中不存在的伪影。

材料选择很重要

不同的涂层材料用于不同的目的。

• 金是一种常见且有效的通用选择。
• 铂或铱具有更精细的晶粒结构，用于需要保留纳米级细节的超高倍率工作。
• 铬也可以使用，并为高分辨率应用提供了优异的性能。

过程控制至关重要

涂层的质量取决于真空度、镀膜时间和电流等因素。控制不当的过程可能导致晶粒尺寸过大或涂层不均匀，从而影响图像质量。

根据您的目标做出正确的选择

应用这些理解可以使您根据特定的分析需求定制样品制备。

• 如果您的主要重点是常规稳健样品的成像： 标准的金或金/钯涂层在导电性和图像质量之间提供了极佳的平衡。
• 如果您的主要重点是精细表面细节的高分辨率成像： 需要使用铂、铱或铬等细晶粒材料的超薄涂层，以避免掩盖纳米级特征。
• 如果您的主要重点是分析热敏感或生物样品： 溅射镀膜是理想的方法，因为其低温特性可以在消除充电的同时保护样品免受热损伤。

最终，溅射镀膜是将无法成像的样品转化为可靠科学数据来源的基本准备步骤。

总结表：

方面	溅射镀膜的好处
主要功能	在非导电样品上形成导电层
关键优势	消除来自电子束的充电伪影
图像质量	增强二次电子信号，获得更清晰的图像
样品保护	散热以防止束致损伤
常见材料	金、铂、铱、铬

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