为什么使用金溅射进行扫描电子显微镜（Sem）？实现非导电样品的清晰、高分辨率成像

简而言之，金溅射用于在非导电样品被置于扫描电子显微镜（SEM）中观察之前，在其表面沉积一层超薄的导电金膜。这种涂层至关重要，因为它能防止来自SEM电子束的电荷在样品表面积聚，否则电荷积聚会导致图像失真且无法使用。

SEM分析的核心挑战在于，用于成像的电子束要求样品必须是导电的。金溅射是一种标准的制备技术，它解决了非导电材料的这一问题，从而能够清晰、高分辨率地成像原本在微观世界中不可见的细节。

基本问题：电子与绝缘体

要理解为什么需要溅射，首先需要了解SEM的工作原理以及某些材料会产生的问题。

SEM不会直接“看到”样品。相反，它将聚焦的高能电子束扫描到样本表面。

当这些初级电子撞击表面时，它们会将样品本身中其他较低能量的电子撞击出来。这些被称为二次电子。

显微镜内的探测器收集这些二次电子。从表面每一点收集到的电子数量被用来构建样品形貌（其表面特征）的详细、高倍率图像。

这个过程在金属等导电材料上运行得非常完美，因为来自电子束的任何多余电子都会立即通过导线导入到接地的仪器中。

然而，在非导电或导电性差的样品（如陶瓷、聚合物或生物样本）上，电子无处可去。它们积聚在表面。

这种负电荷的积聚被称为样品充电，它会排斥入射的电子束。这种干扰会严重降低图像质量，导致出现亮点、条纹和细节的完全丢失。

溅射涂层是解决这种充电效应的方案。该过程沉积一层仅几纳米厚的金属薄膜，从根本上改变了样品与电子束的相互作用方式。

金层（通常厚度为2-20纳米）的主要功能是创建一个导电通路。它覆盖了绝缘样品的所有表面，并将其连接到接地的金属样品台架上。

这条通路允许来自电子束的多余电子无害地流走，从而完全防止电荷积聚。

除了防止充电之外，金还提供了另一个显著的好处。它具有非常高的二次电子产额，这意味着当它受到初级电子束撞击时，它能非常有效地释放二次电子。

这为探测器捕获提供了更强、更清晰的信号。最终结果是具有显著改善的信噪比的图像，揭示了那些否则会丢失的精细表面细节。

尽管金溅射是一种标准且有效的技术，但它是一个必须考虑其特定后果的准备步骤。

金是一个受欢迎的选择，因为它相对惰性（不会与样品发生反应）、溅射起来非常容易，并且提供了前面提到的出色的二次电子产额。对于表面形貌的通用成像，它是首选材料。

对于极高倍率的工作，金涂层本身的颗粒结构可能会变得可见。在这些情况下，通常会使用具有更精细晶粒结构的金属，如铂、钯或铱，以产生更平滑、更均匀的涂层。

最大的权衡是涂层覆盖了样品的原始表面。如果您的目标是元素分析（例如，使用能量色散X射线光谱法，或EDS），那么溅射涂层就不适用。金涂层会干扰或完全阻挡来自下方实际样本的信号。

选择正确的样品制备对于从SEM获得有意义的数据至关重要。

归根结底，金溅射是一项基础技术，它使广阔的非导电材料世界能够被SEM强大的放大能力所接触。