扫描电镜（Sem）中的溅射过程是什么？清晰成像的防荷电指南

在扫描电子显微镜（SEM）的背景下，溅射是一种关键的样品制备技术。它是一种涂层工艺，用于在非导电或导电性差的样品上沉积一层超薄的导电材料，如金或铂。这种涂层可以防止在SEM分析过程中样品表面积聚电荷，这对于获得清晰、稳定和准确的图像至关重要。

溅射为SEM解决的核心问题是“荷电”——即来自SEM电子束的电子在绝缘样品上积累。通过使样品表面导电，溅射可以消散这种电荷，消除图像失真并揭示真实的表面形貌。

为什么溅射对SEM至关重要

扫描电子显微镜的工作原理是向样品发射一束聚焦的高能电子束。

当这些电子撞击导电材料时，多余的电荷会被传导至地线。而在绝缘材料上，如聚合物、陶瓷或大多数生物样本，电子无处可去，并积聚在表面。

这种被困住的负电荷会严重干扰成像过程。它会偏转入射的电子束，并改变用于形成图像的信号电子的发射情况。

结果是产生失真且无法使用的图像，通常表现为过亮斑点、条纹、漂移以及精细表面细节的完全丢失。

溅射涂层，也称为溅射沉积，通过使样品表面导电来解决这个问题。

薄金属膜为入射电子提供了一条通往接地的SEM样品台的路径。这消除了电荷积聚，稳定了成像过程，并通过改善二次电子的发射来提高信噪比。

该技术是一种物理气相沉积（PVD）过程，在称为溅射仪的专用设备内部进行。

首先，将SEM样品（基底）和一小块涂层材料（靶材，例如金）放置在一个密封的真空室中。将空气抽出以创造低压环境，防止气体分子干扰过程。

然后，向室内引入少量受控的惰性气体——几乎总是氩气（Ar）。

在室内施加一个强大的电场，通常是对靶材施加高负电压，使其成为阴极。这种高电压使氩气原子电离，剥离它们的电子。

这个过程会产生明显的辉光，并使室内充满带正电的氩离子（Ar+）和自由电子的混合物，这被称为等离子体。

带正电的氩离子被电场强力加速，猛烈撞击带负电的靶材。

这种高能轰击是一个纯粹的物理过程。氩离子的动量转移到靶材中的原子上，在材料内部引发“碰撞级联”。

当这些级联到达表面时，它们具有足够的能量将靶材材料的单个原子完全击出。这种靶材原子的喷射就是“溅射”现象。

被喷射出的靶材原子（例如金原子）在真空中沿直线传播，并落在下方的SEM样品的所有暴露表面上。

这些原子在样品上缓慢积累，形成一层超薄、均匀的导电薄膜，厚度通常只有几到几十纳米。

尽管溅射涂层过程至关重要，但它并非没有需要专家判断的考虑因素。

您选择溅射的材料直接影响图像质量。

涂层本身具有纹理。如果涂层太厚或晶粒尺寸过大，您最终可能会成像涂层的结构，而不是样品的真实表面。

溅射过程会产生少量热量。虽然很少，但这可能足以损坏极其脆弱或对热敏感的样品，例如某些生物组织。

选择正确的涂层策略是良好SEM分析的基础。您的选择应由您的最终分析目标决定。

最终，了解溅射过程能让您正确地制备样品，确保收集到的SEM数据既准确又可靠。

方面	关键考虑因素
主要目标	在SEM分析过程中防止样品荷电，以实现稳定、清晰的成像。
涂层材料	金（常规）、铂/铱（高分辨率）、碳（元素分析）。
过程类型	在真空室中进行的物理气相沉积（PVD）。
关键因素	必须优化涂层厚度和晶粒尺寸，以避免遮挡样品细节。