扫描电子显微镜（SEM）之样品导电膜的制备技术分享（二）

昨天小编和大家介绍了扫描电子显微镜（SEM）之样品导电膜的制备技术分享（一）今天咱们接着分享：离子溅射镀膜

离子溅射镀膜：高能离子或者中性原子撞击某个靶材表面，把动量释放给几个纳米范围内的原子，碰撞时某些靶材原子得到足够的能量断开与周围原子的结合健，并且被移位。如果撞击原子的力量足够，就能把表面原子溅射出靶材。

离子溅射的类型：
1）、离子束溅射：氩气态离子枪，发射的离子，被加速到1-30kev，经过准直器或一个简单的电子透镜系统，聚焦形成撞击靶材的离子束。高能离子撞击靶材原子，原子以0-100ev的能量发射，这些原子沉积到样品与靶材有视线的范围内的所有表面。可以实现1.0nm分辨率镀膜。
2）、二级直流溅射：是简单的一种。1-3kev
3）、冷二级溅射：将二级直流溅射改进，用几个装置保持样品在整个镀膜过程中都是冷态。克服二级溅射的热损伤问题。采用环形靶材代替盘形靶；在中间增加一个永磁铁，并且在靶的周围加上环形级靴，偏转轰击在样品表面的电子。如果用一个小的帕尔贴效应的低温台，可以实现融点在30摄氏度的样品镀膜。
 
以下四个因素影响溅射效率：
电压： 激发充入气体的电离，以及决定离子的能量。
离子流： 和气体的压力有关，决定溅射的速率
靶的材质：材料的结合能，对等离子对靶材的侵蚀有重大影响。(Au & Pd 溅射速度高于W）充入的气体: 充入气体的原子序数越高，溅射速率越高。
 
离子溅射原理
直流冷阴级二级管式，靶材处于常温，加负高压1-3kv，阳级接地。当接通高压，阴级发射电子，电子能量增加到1-3kev，轰击低真空中（3-10pA)的气体，使其电离，激发出的电子在电场中被加速，继续轰击气体，产生联级电离，形成等离子体。离子以1-3kev的能量轰击阴级靶，当其能量高于靶材原子的结合能时，靶材原子或者原子簇，脱离靶材，又经过与等离子体中的残余气体碰撞，因此方向 各异，当落在样品表面时，可以在粗糙的样品表面形成厚度均一的金属薄膜，而且与样品的结合强度高。如果工作室中的气体持续流动，保持恒定压力，这时的离子流保持恒定。 高压的功率决定了大离子流，一般有大离子流限制，用于保护高压电源。
 
溅射镀膜厚度经验公式：
D=KIVt
D--镀膜厚度 单位 埃 0.1nm
K--为常数，与靶材、充入气体和工作距离有关， 当工作距离（靶材与样品的距离）为50mm，黄金靶，气体为氩气时，K=0.17； 气体为空气时，K=0.07I--离子流 单位mA
V--阴级（靶）高压 单位 KV
t--溅射时间 单位秒。
离子溅射仪操作：
 
一般工作距离可调，距离越近，溅射速度越快，但热损伤会增加。离子流的大小通过控制真空压力实现，真空度越低，I越大，溅射速度越快，原子结晶晶粒越粗，电子轰击样品（阳级）产生的热量越高；真空度越高,I越小，溅射速度越慢，原子结晶晶粒越细小，电子轰击样品产生的热量小。加速电压为固定,也有可调的，加速电压越高，对样品热损伤越大。一般使用金属靶材的正比区域。有些热敏样品，需要对样品区进行冷却，水冷或者帕尔贴冷却；也可以采用磁控装置，像电磁透镜一样把电子偏离样品。经过这样的改造，当然会增加很高的成本。可以在石蜡表面溅射一层金属，而没有任何损伤！
 
真空中的杂质越多，镀膜质量越差。一般黄金比较稳定，可以采用空气作为等离子气源，而其他很多靶材则需要惰性气体为好。气体原子序数越高，动量越大，溅射越快，但晶粒会较粗，连续成膜的膜层较厚。保持真空室的洁净对高质量的镀膜有很大好处。不要让机械真空泵长期保持级限真空，否则容易反油。