掃描電子顯微鏡（SEM）之樣品導(dǎo)電膜的制備技術(shù)分享（二）

昨天小編和大家介紹了掃描電子顯微鏡（SEM）之樣品導(dǎo)電膜的制備技術(shù)分享（一）今天咱們接著分享：離子濺射鍍膜

離子濺射鍍膜：高能離子或者中性原子撞擊某個(gè)靶材表面，把動量釋放給幾個(gè)納米范圍內(nèi)的原子，碰撞時(shí)某些靶材原子得到足夠的能量斷開與周圍原子的結(jié)合健，并且被移位。如果撞擊原子的力量足夠，就能把表面原子濺射出靶材。

離子濺射的類型：
1）、離子束濺射：氬氣態(tài)離子槍，發(fā)射的離子，被加速到1-30kev，經(jīng)過準(zhǔn)直器或一個(gè)簡單的電子透鏡系統(tǒng)，聚焦形成撞擊靶材的離子束。高能離子撞擊靶材原子，原子以0-100ev的能量發(fā)射，這些原子沉積到樣品與靶材有視線的范圍內(nèi)的所有表面。可以實(shí)現(xiàn)1.0nm分辨率鍍膜。
2）、二級直流濺射：是簡單的一種。1-3kev
3）、冷二級濺射：將二級直流濺射改進(jìn)，用幾個(gè)裝置保持樣品在整個(gè)鍍膜過程中都是冷態(tài)。克服二級濺射的熱損傷問題。采用環(huán)形靶材代替盤形靶；在中間增加一個(gè)永磁鐵，并且在靶的周圍加上環(huán)形級靴，偏轉(zhuǎn)轟擊在樣品表面的電子。如果用一個(gè)小的帕爾貼效應(yīng)的低溫臺，可以實(shí)現(xiàn)融點(diǎn)在30攝氏度的樣品鍍膜。
 
以下四個(gè)因素影響濺射效率：
電壓： 激發(fā)充入氣體的電離，以及決定離子的能量。
離子流： 和氣體的壓力有關(guān)，決定濺射的速率
靶的材質(zhì)：材料的結(jié)合能，對等離子對靶材的侵蝕有重大影響。(Au & Pd 濺射速度高于W）充入的氣體: 充入氣體的原子序數(shù)越高，濺射速率越高。
 
離子濺射原理
直流冷陰級二級管式，靶材處于常溫，加負(fù)高壓1-3kv，陽級接地。當(dāng)接通高壓，陰級發(fā)射電子，電子能量增加到1-3kev，轟擊低真空中（3-10pA)的氣體，使其電離，激發(fā)出的電子在電場中被加速，繼續(xù)轟擊氣體，產(chǎn)生聯(lián)級電離，形成等離子體。離子以1-3kev的能量轟擊陰級靶，當(dāng)其能量高于靶材原子的結(jié)合能時(shí)，靶材原子或者原子簇，脫離靶材，又經(jīng)過與等離子體中的殘余氣體碰撞，因此方向 各異，當(dāng)落在樣品表面時(shí)，可以在粗糙的樣品表面形成厚度均一的金屬薄膜，而且與樣品的結(jié)合強(qiáng)度高。如果工作室中的氣體持續(xù)流動，保持恒定壓力，這時(shí)的離子流保持恒定。 高壓的功率決定了大離子流，一般有大離子流限制，用于保護(hù)高壓電源。
 
濺射鍍膜厚度經(jīng)驗(yàn)公式：
D=KIVt
D--鍍膜厚度 單位 埃 0.1nm
K--為常數(shù)，與靶材、充入氣體和工作距離有關(guān)， 當(dāng)工作距離（靶材與樣品的距離）為50mm，黃金靶，氣體為氬氣時(shí)，K=0.17； 氣體為空氣時(shí)，K=0.07I--離子流 單位mA
V--陰級（靶）高壓 單位 KV
t--濺射時(shí)間 單位秒。
離子濺射儀操作：
 
一般工作距離可調(diào)，距離越近，濺射速度越快，但熱損傷會增加。離子流的大小通過控制真空壓力實(shí)現(xiàn)，真空度越低，I越大，濺射速度越快，原子結(jié)晶晶粒越粗，電子轟擊樣品（陽級）產(chǎn)生的熱量越高；真空度越高,I越小，濺射速度越慢，原子結(jié)晶晶粒越細(xì)小，電子轟擊樣品產(chǎn)生的熱量小。加速電壓為固定,也有可調(diào)的，加速電壓越高，對樣品熱損傷越大。一般使用金屬靶材的正比區(qū)域。有些熱敏樣品，需要對樣品區(qū)進(jìn)行冷卻，水冷或者帕爾貼冷卻；也可以采用磁控裝置，像電磁透鏡一樣把電子偏離樣品。經(jīng)過這樣的改造，當(dāng)然會增加很高的成本。可以在石蠟表面濺射一層金屬，而沒有任何損傷！
 
真空中的雜質(zhì)越多，鍍膜質(zhì)量越差。一般黃金比較穩(wěn)定，可以采用空氣作為等離子氣源，而其他很多靶材則需要惰性氣體為好。氣體原子序數(shù)越高，動量越大，濺射越快，但晶粒會較粗，連續(xù)成膜的膜層較厚。保持真空室的潔凈對高質(zhì)量的鍍膜有很大好處。不要讓機(jī)械真空泵長期保持級限真空，否則容易反油。