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金靶这么贵,还有其他平替靶材(方案)吗? (金价高背景下 低真空镀膜仪 靶材平替方案)
来源: | 作者:VPI_ZTT | 发布时间: 2025-06-16 | 143 次浏览 | 分享到:
在国际金价持续上涨背景下,寻找低真空镀膜仪中金靶的替代靶材具有现实意义。文章分析了银靶和铂金靶替代金靶用于SEM及场发射电镜样品制备的可行性,对比了三者在材料性能、膜层质量、电镜成像效果、靶材兼容性等方面的表现。从材料性能看,银靶成本低、导电性佳但颗粒略大且易失光;铂金靶颗粒超细、化学惰性好但导电性稍逊且价格贵;金靶性能均衡但价格高。膜层质量上,铂金膜均匀性好但对真空要求高,银膜在含卤素材料上质量可能受影响,金膜和银膜附着力好。电镜成像方面,铂膜适合高分辨率场景,金膜和银膜在中低分辨率下表现良好。仪器兼容性上,SD - 900/SD - 900M等镀膜仪兼容多种金属靶材。在金价高企时,银靶适合中低倍率成像和即时观察场景,铂金靶适合高分辨率和高要求应用。用户可根据实验需求和经费状况选择靶材,银和铂等靶材将在SEM制样领域发挥更重要作用。

银膜在常规厚度下也能形成均匀连续的覆盖层。但应注意,如样品含有氯、硫等卤素元素,银在溅射过程中可能与之反应生成化合物,导致颗粒变粗从而膜层不均匀。因此对于含卤素较多的材料(如某些盐类、生物样品等),银膜的质量可能受影响,不如金膜和铂膜稳定。

 

2. 膜层附着力和应力:几种金属中,金和银均较软,溅射形成的薄膜在绝大多数材料表面附着力良好,不易产生裂纹。铂金属较硬,且溅射过程中铂原子可能在基底表面产生较大内应力。特别是在存在残余氧气的情况下,铂膜容易出现微裂纹(称为“应力开裂”现象)。这是因为铂与氧作用会改变膜层生长方式和应力状态。一些多孔样品在抽真空时会释放出氧或水汽,也可能诱发铂膜产生龟裂纹路。因此要获得高质量无裂纹的铂膜,通常需要更高的真空度或纯惰性气氛以尽量避免氧的影响。在这一点上,金靶和银靶对真空要求相对没那么严苛——即使在普通旋转泵真空(~10 Pa量级)环境中也能溅射出致密连续的金膜或银膜。现代低真空磁控溅射仪(如SD-900M)通常带有氩气冲洗功能,可在溅射前置换腔体中的空气,从而提高铂膜质量、减少裂纹风险。

 

3. 膜层稳定性(存储和环境影响):金和铂都是化学惰性很高的贵金属,其溅射膜在空气中长期放置也不会氧化或失去导电性。样品镀金或镀铂后可长期保存而膜层性质基本不变,这对需要保存样品或延后测试非常有利。相比之下,银膜在空气中特别是有硫、氯等污染时容易失去光泽(即发生“氧化发黑”或硫化变暗的现象)。变暗的银膜虽然仍有一定导电性,但其表面可能生成的硫化银/氯化银会降低导电能力,并影响后续观察或分析。因此,用银靶镀膜的样品不宜长时间存放暴露于空气中,最好在制备后尽快完成显微镜观察。如果必须长期保存,建议密封于干燥无硫环境,或者在使用前重新溅射新鲜的导电膜。

 

电镜成像效果

 

导电镀膜的根本目的是提高SEM成像质量,包括抑制电荷积累、提升信噪比和分辨率等。不同靶材对电子成像产生的影响既有共同点也有差异。

 

1.    抑制电荷与信噪比:不论金、银或铂,均属于高导电性金属,镀上一层后能有效导出电子束激发的二次电荷,消除图像中的“充电效应”。这在非导电样品(如生物组织、聚合物、矿物等)的SEM中至关重要。由于银的电导率最高,在相同厚度下银膜导电排除电荷的能力理论上最强;金次之,铂稍逊。但在实际操作中,只要膜层达到几纳米并覆盖完整,各种金属都足以消除充电。值得注意的是,在极薄膜(<2 nm)情况下,铂因自身电阻率较高,可能需要略大厚度才能达到与金银相同的导电效果。然而如前所述,铂膜通常也不会低于2 nm使用,所以能够满足需求。在信噪比方面,重金属镀膜还会增加样品的二次电子产额