掃描電子顯微鏡（SEM）之樣品導電膜的制備技術分享（二）

昨天小編和大家介紹了掃描電子顯微鏡（SEM）之樣品導電膜的制備技術分享（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靶材表面，把動量釋放給幾個納米范圍內的原子，碰撞時某些靶材原子得到足夠的能量斷開與周圍原子的結合健，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：氬氣態離子槍，發射的離子，被加速到1-30kev，經過準直器或一個簡單的電子透鏡系統，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的能量發射，這些原子沉積到樣品與靶材有視線的范圍內的所有表面。可以實現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，用幾個裝置保持樣品在整個鍍膜過程中都是冷態。克服二級濺射的熱損傷問題。采用環形靶材代替盤形靶；在中間增加一個永磁鐵，并且在靶的周圍加上環形級靴，偏轉轟擊在樣品表面的電子。如果用一個小的帕爾貼效應的低溫臺，可以實現融點在30攝氏度的樣品鍍膜。
 
以下四個因素影響濺射效率：
電壓： 激發充入氣體的電離，以及決定離子的能量。
離子流： 和氣體的壓力有關，決定濺射的速率
靶的材質：材料的結合能，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，加負高壓1-3kv，陽級接地。當接通高壓，陰級發射電子，電子能量增加到1-3kev，轟擊低真空中（3-10pA)的氣體，使其電離，激發出的電子在電場中被加速，繼續轟擊氣體，產生聯級電離，形成等離子體。離子以1-3kev的能量轟擊陰級靶，當其能量高于靶材原子的結合能時，靶材原子或者原子簇，脫離靶材，又經過與等離子體中的殘余氣體碰撞，因此方向 各異，當落在樣品表面時，可以在粗糙的樣品表面形成厚度均一的金屬薄膜，而且與樣品的結合強度高。如果工作室中的氣體持續流動，保持恒定壓力，這時的離子流保持恒定。 高壓的功率決定了大離子流，一般有大離子流限制，用于保護高壓電源。
 
濺射鍍膜厚度經驗公式：
D=KIVt
D--鍍膜厚度 單位 埃 0.1nm
K--為常數，與靶材、充入氣體和工作距離有關， 當工作距離（靶材與樣品的距離）為50mm，黃金靶，氣體為氬氣時，K=0.17； 氣體為空氣時，K=0.07I--離子流 單位mA
V--陰級（靶）高壓 單位 KV
t--濺射時間 單位秒。
離子濺射儀操作：
 
一般工作距離可調，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現，真空度越低，I越大，濺射速度越快，原子結晶晶粒越粗，電子轟擊樣品（陽級）產生的熱量越高；真空度越高,I越小，濺射速度越慢，原子結晶晶粒越細小，電子轟擊樣品產生的熱量小。加速電壓為固定,也有可調的，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域。有些熱敏樣品，需要對樣品區進行冷卻，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。經過這樣的改造，當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！
 
真空中的雜質越多，鍍膜質量越差。一般黃金比較穩定，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。氣體原子序數越高，動量越大，濺射越快，但晶粒會較粗，連續成膜的膜層較厚。保持真空室的潔凈對高質量的鍍膜有很大好處。不要讓機械真空泵長期保持級限真空，否則容易反油。