在扫描电子显微镜（SEM）中进行溅射镀膜是为了使非导电样品可以观察。该过程将一层超薄的导电层（通常是金或铂等金属）涂覆到样品上。这种涂层可以防止严重的图像失真，并有助于捕获那些否则无法获得的清晰、高分辨率的图像。
溅射镀膜的核心目的是解决“电子荷电”问题。当电子束击中非导电表面时，电子会积累，产生静电荷，从而偏转电子束并破坏图像。溅射镀膜为这些电子提供了一条导电通路，使其能够逸散到地线，从而稳定样品以进行分析。
核心问题：电子荷电
在对样品进行镀膜之前，了解该步骤的必要性至关重要。这个问题源于扫描电镜的工作原理：通过用聚焦的电子束轰击样品。
什么是“荷电”？
扫描电镜图像是通过检测当样品表面被初级电子束击中时从表面发射出来的信号（主要是次级电子）而形成的。
在导电样品上，来自电子束的任何多余负电荷会立即通过导电通路散失到地线。
在非导电样品（如聚合物、陶瓷或生物组织）上，这些电子无处可去。它们积聚在表面，产生局部负电荷。
荷电对图像质量的影响
这种积累的电荷被称为“荷电”，对扫描电镜成像极为有害。它会偏转入射的电子束，并干扰出射次级电子的轨迹。
结果是一系列严重的图像伪影，包括：
- 异常明亮或发光的区域
- 扭曲或变形的特征
- 扫描过程中图像漂移或移动
- 细节和分辨率的完全丧失
从本质上讲，荷电使得获取样品真实表面的稳定、准确或高质量的图像变得不可能。
溅射镀膜如何解决问题
溅射镀膜是一种样品制备技术，它将一层金属薄膜（通常只有2-20纳米厚）沉积在样品表面的整个区域上。这层薄膜通过以下几种关键方式解决了荷电问题。
创建通往地线的导电通路
镀膜最关键的功能是提供导电性。金属层在电子束相互作用点与样品台（stub）之间以及样品台与显微镜地线之间创建了一条连续的通路。
这条通路允许来自电子束的多余电子瞬间消散，防止任何电荷在表面积聚。
增强信号以获得更清晰的图像
大多数溅射镀膜材料，如金和铂，都是优良的次级电子发射体。它们每发射一个入射初级电子，所释放的携带信号的电子比典型的非导电材料要多。
这增加了显微镜检测到的总体信号，显著改善了信噪比。所得图像更清晰、更锐利，富含形貌细节。
保护样品免受电子束损伤
电子束携带大量的能量，可能会损坏或“烧毁”聚合物或生物样品等脆弱样品。
金属涂层充当保护屏障，吸收和分散了大部分能量。它还改善了导热性，有助于将热量从样品中导出，进一步降低热损伤的风险。
了解权衡
尽管溅射镀膜至关重要，但它并非没有妥协之处。操作员必须了解这些权衡，以确保镀膜本身不会干扰分析。
镀膜可能会掩盖精细细节
溅射的金属不是一个完全光滑的薄膜；它由微小的晶粒组成。这些晶粒的大小可能会掩盖样品表面最精细的纳米级特征。
对于高分辨率工作，优选具有较小晶粒尺寸的金属（如铱或铬）而不是具有较大晶体结构的金。
过度镀膜的风险
施加的涂层太厚是一个常见的错误。过厚的涂层会掩盖样品的真实形貌，您捕获的图像将是镀膜的表面，而不是样品的表面。
目标始终是施加尽可能薄的连续涂层，以有效防止荷电。
根据您的目标做出正确的选择
溅射镀膜是一项基础技术，但其应用应根据您的分析目标量身定制。
- 如果您的主要重点是对非导体进行一般形貌成像： 使用金或金/钯进行溅射镀膜是获得清晰图像的标准、最有效的方法。
- 如果您的主要重点是超高分辨率成像（FEG-SEM）： 使用尽可能薄的铱或铬等细晶粒金属涂层，以最大限度地减少伪影并保留纳米级细节。
- 如果您的主要重点是元素分析（EDS/EDX）： 请记住，镀膜金属会产生强烈的 X 射线信号。如果这干扰了您的分析，请考虑使用碳镀膜仪或在低真空模式下不进行任何镀膜来操作扫描电镜。
最终，溅射镀膜是为广大的非导电材料世界解锁高质量扫描电镜成像的关键。
总结表：
| 目的 | 益处 | 常用镀膜材料 |
|---|---|---|
| 防止荷电 | 消除图像失真和伪影 | 金、金/钯 |
| 增强信号 | 提高图像清晰度和细节 | 铂 |
| 保护样品 | 减少电子束对脆弱样品的损伤 | 铱、铬（用于高分辨率） |
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