扫描电镜测试样品为什么要镀膜?

2016-11-11  浏览量:2865

摘要:当今社会,扫描电镜在生产和研究工作中的应用越来越普遍,对于扫描电镜的操作者来说,在制备样品时在某些品上镀膜是一件理所当然的事情,但是,大多数扫描电镜测试需求者对镀膜这一前处理工作不甚清楚,本文简要介绍扫描电镜样品制备时镀膜的原因,以及现今一些镀膜技术。

 

关键词:扫描电镜;镀膜;真空蒸发;离子溅射

 

1 引言

扫描电镜是一种具有多项用途,应用最为广泛的新型电子光学仪器。数十年来,随着科学技术的发展,扫描电镜已成为检测物质性能的重要手段,其已广泛地应用在金属、陶瓷、半导体等材料的显微形貌观察、相组织与晶体结构分析及其他项目的研究中,是不可替代的设备。它具有制样简单、放大倍数可调范围宽、图像的分辨率高、景深大等特点。而在其制样过程中,镀膜是非常关键的一步,特别是对于不导电的材料。

 

2 机理介绍

对于不导电的材料,为何需要镀膜,这与扫描电镜的工作原理有关。扫描电镜的工作原理是利用聚焦得非常细的高能电子束在试样上扫描,激发出各种物理信息。通过对这些信息的接收、放大和显示成像,获得测试样品表面形貌。而对于非导电样品,由于其绝缘电阻非常大,当其在电子束的连续扫描下时,表面会逐渐积累负电荷,形成相当高的负电场,排斥入射电子,二次电子发射不稳定,并随机偏转二次电子轨迹,影响探测器的接收,这时就会造成图像的晃动,图像亮点突变,或者是出现无规则的明亮条纹等现象,这些就是所谓的荷电效应(如图1所示,未镀膜时样品表面有电荷积累,产生亮点),也称充电效应。在样品表面镀上一层导电薄膜就是为了解决这一问题。

 

PCB/PCBA PCB/PCBA
PCBA未镀膜 PCBA镀Pt膜
图1. PCBA板镀膜前后图像

 

样品表面镀上一层导电薄膜后可以提高样品的导电性,表面的负电荷通过导电膜释放入地,消除荷电现象。电荷释放的前提是膜层必须与金属样品台连接,形成导电通道。目前实验室采用较多是离子溅射镀膜工艺,所镀导电材料选择较多的为C、Au、Pt。对于这三种元素均有其优缺点:

i.C膜均匀性好、导电导热效率高,与Au、Pt想较来说其是最经济的材料,只是C膜的二次电子的产率比较低,不适用于需要拍摄高倍图像的样品;

ii.Au膜的二次电子产率较高,覆盖性好,镀膜容易,是最常用的材料,但是Au膜颗粒较大,高倍下观察时会看到明显岛状结构,这是一种假象。镀Au膜适用于中低范围的分辨率、两万倍以下的图像;

iii.与Au膜相较而言,Pt膜消除荷电的能力次之,但其颗粒较Au膜小,对于高分辨率图像也适用。

 

3 结论

总之,对于需要进行成分分析的样品来说,C膜的影响是最小的,但是对于不含所用导电材料的样品,镀导电膜对其分析结果的影响不会太大。当然除了以上三种导电材料还有其他导电材料,这里就不一一介绍了。实验室在选择镀膜材料时可根据自身需要、常接触样品的特性及其成分来进行选择。

 

参考文献

张大同.《扫描电镜与能谱仪分析技术》

JY/T 010-1996 分析型扫描电子显微镜方法通则

 

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