濺鍍機該如何選?從調整參數看起

引言

濺鍍機依據濺射的靶材及原理不同,可細分為鍍金機、鍍碳機、鍍白金機、蒸鍍機等等,本篇將介紹常見的濺鍍機應用、產品評估考量以及市售濺鍍機的產品比較。

 

為什麼需要濺鍍導電材料?

掃描式電子顯微鏡(scanning electron microscopy, SEM)的成像原理是電子訊號源產生電子後與樣品表面產生交互作用,再由偵測器接收不同類型電子(像是背向散射電子或二次電子)進行成像。具導電性樣品可導出交互作用於樣品表面的電子,若是不導電或是導電性差的樣品,電子則會累積於樣品表面產生「電荷效應」,會使得無法看清楚SEM成像。

如下面圖一上排所示,電子會累積於樣品,亮點會影響表面形貌的觀測。這時若是在樣品表面濺鍍一層薄薄的導電性材料,則能協助導出電子,使電子顯微鏡成像清楚可正常觀測,如圖一下排所示。

 

圖一、不導電樣品成像

 

上方兩張圖為產生電荷效應時,造成邊界與表面形貌不清晰,甚至影像扭曲;下方兩張為不導電樣品鍍金後的成像,樣品表面導電性增加使得電子被導電材料導出,能清楚成像與觀測。

 

影響濺鍍效果的參數有哪些?

濺鍍機是將放置樣品的腔室進行抽真空動作後,使用高電壓將空氣或是氬氣(Ar+)離子化形成電漿(Plasma),對靶材進行離子轟擊,使靶材的原子型態沉降或是濺射於樣品表面。

我們可以透過以下主要參數評估濺鍍機:

  • 靶材:通常會根據需求選擇靶材,常見的靶材有:鍍碳、鍍金…等,其特性如下面表一所示。

  • 電流:增加濺鍍電流可以有效提高濺鍍速率,並影響濺鍍顆粒的大小。

  • 真空度:樣品腔內的真空度,會直接影響等離子團聚速率與濺鍍速率。

  • 離子化氣體:使用空氣或是惰性氣體進行離子化,使用惰性氣體能使濺鍍效果較佳,一般使用氬氣。

  • 濺鍍時間:濺鍍時間直接影響厚度,一般建議厚度約10奈米導電效果才會較佳,太厚會影響表面形貌觀測,太薄導電效果不佳(高階的濺鍍機一般是2~5nm)。

 

表一:各類靶材特性

 

研究人員可以根據以上提及的參數、材料特性與需求,來選擇濺鍍機,這邊也為您整理出Agar、LUXOR、Quorum等不同品牌的機型比較(如表二所示)。

表二:表為低、中、高階的濺鍍機(鍍金機)比較表

這些濺鍍機都支援金靶材,除了可作為鍍金機使用外,也可同時濺鍍其他靶材,使樣品前製備的應用範圍更為廣泛。而圖二~圖五則為不同濺鍍機在鍍金的結果呈現,讓研究人員可以快速比較並尋找到一台最合適的濺鍍機。

圖二~圖五:各類型濺鍍機的鍍金效果

(圖二)使用濺鍍機L牌 鍍10奈米的金

(圖三)使用濺鍍機Q牌入門款 鍍2奈米的金

(圖四)使用濺鍍機Q牌中階款 鍍1奈米的金

(圖五)使用濺鍍機Q牌高階款 鍍1奈米的金

 

結語

濺鍍所提供導電性的材料能增加樣品導電性,使得成像更加清晰,濺鍍越均勻導出電子的效果越好;但要特別注意的是,在觀測奈米等級的表面形貌時,為了避免影響表面被導電材料覆蓋,建議使用較中、高階濺鍍機,產生較小的鍍膜顆粒,將使濺鍍的材料能更均勻;若是想要完全避免濺鍍對於表面形貌的影響,可以參考以下不導電樣品的解決方案。

 

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