بررسی انواع پوشش‌های رسانا به‌منظور تصویربرداری با میکروسکوپ الکترونی روبشی

.

با در نظر گرفتن این مهم، نمونه‌های مورد استفاده در میکروسکوپ الکترونی روبشی باید هادی باشند تا از تجمع الکترون‌ها روی سطح آن‌ها ممانعت به‌ عمل آید. در مورد بررسی نمونه‌های نیمه‌رسانا و یا نارسانا مانند نمونه‌های سرامیکی، پلیمری و نمونه‌های زیستی که در برخورد با باریکه الکترونی، الکترون‌ها روی سطح آن‌ها جمع شده و منجر به ایجاد پدیده شارژ الکتریکی می‌شود، بهترین راه حل ارائه شده، اعمال یک پوشش هادی بسیار نازک روی سطح نمونه است [1و3].

پوشش‌های متداول مورد استفاده روی سطح نمونه‌های نیمه‌رسانا و نارسانا به‌طور معمول شامل طلا، طلا/ پالادیوم، پلاتین و یا کربن هستند. انتخاب نوع پوشش اعمالی به جنس نمونه و نوع اطلاعاتی که از نمونه مورد نیاز است، بستگی دارد. از نکات مهم برای انتخاب ماده پوشش اعمالی می‌توان به دارا بودن هدایت الکتریکی مناسب، سرعت انتشار الکترون‌های ثانویه مناسب، پایداری شیمیایی و قیمت مناسب آن اشاره کرد. لازم به ذکر است که در موارد بسیار خاص و با توجه به نتایج درخواستی از نمونه، از پوشش‌های کروم، مس، آلومینیوم و انواع فلزات دیرگداز نظیر تنگستن و تانتالیوم نیز می‌توان به‌عنوان پوشش هادی روی سطح نمونه‌ها استفاده نمود [4].
به‌طور کلی، برای بررسی توپوگرافی سطح نمونه، از پوشش طلا و یا طلا/پالادیوم استفاده می‌شود، زیرا ضریب برگشتی الکترونی عنصر طلا بیشتر از بقیه عناصر بوده و کیفیت تصاویر به‌دست آمده مطلوب‌تر خواهد بود. از طرف دیگر، ذرات طلا به‌طور کامل ریزدانه بوده و به شکل همگن‌تری روی سطح نمونه می‌نشیند. در مورد نتایج مربوط به آنالیز شیمیایی نمونه، عنصر طلا بیشترین هم‌پوشانی را با عناصری نظیر فسفر و گوگرد دارد و از طرفی باعث کاهش دقت مربوط به درصد عناصر موجود در نمونه می‌شود؛ بنابراین، معمولاً برای نمونه‌هایی که نتایج مربوط به ترکیب شیمیایی آن‌ها مورد نیاز است، پوشش کربن به پوشش طلا ترجیح داده می‌شود که علت آن، عدد اتمی کم عنصر کربن است و کمترین تاثیر را روی طیف اشعه‌ایکس خواهد داشت. در جدول (1) موارد استفاده هر یک از انواع پوشش‌های رایج، با توجه به نتیجه مورد نیاز، به شکل خلاصه آورده شده‌است [3].

در روش کندوپاش، اتم‌های تارگت (طلا، طلا/ پالادیوم، پلاتین و غیره) توسط پلاسمای تشکیل شده از یک گاز خنثی (معمولاً آرگون) بمباران شده و به این ترتیب، اتم‌های تارگت مبدأ برای مثال طلا که به‌عنوان کاتد عمل می‌کنند، کنده شده و روی سطح نمونه می‌نشیند (شکل 2). به دلیل این که روش کندوپاش بسیار سریع و آسان بوده و پوشش نسبتاً همگن‌تری را ارائه می‌دهد، متداول‌ترین روش پوشش‌دهی نمونه، برای استفاده در میکروسکوپ الکترونی روبشی به شمار می‌رود.

در این روش، ضخامت پوشش اعمالی با سه عامل جریان، زمان و فاصله نمونه از تارگت، قابل کنترل است و به‌طور معمول از یک نمودار جریان بر حسب زمان، برای تنظیم مقدار ضخامت لایه استفاده می‌شود.کنترل ضخامت مورد نیاز در این روش، در مقایسه با روش تبخیر الکتریکی، دارای دقت بیشتری بوده اما دارای معایبی همچون گرم شدن نسبی نمونه و درشت دانه شدن لایه است.
در این روش، از تارگت‌های مختلفی می‌توان استفاده نمود اما تارگت طلا/پالادیوم بهترین انتخاب برای مصارف عادی است. معمولاً برای کار در بزرگنمایی‌های کم (5 تا 10 هزار برابر) تارگت طلای خالص، در بزرگنمایی‌های متوسط (10 تا 50 هزار برابر) تارگت طلا/پلاتین و در بزرگنمایی‌های بالای 50 هزار برابر،تارگت پلاتین مورد استفاده قرار می‌گیرد [4].
به‌منظور دستیابی به حد تفکیک بسیار بالا که در آن‌ها ضخامت لایه پوشش باید ناچیز بوده و اندازه ذرات خیلی کوچک باشند، می‌توان از تارگت پلاتین، کروم و یا یکی از فلزات دیرگداز نظیر تنگستن یا تانتالیوم استفاده کرد.
لازم به ذکر است که تارگت‌های فلزی همچون طلا، طلا/پالادیوم و پلاتین به شکل صفحه نازک نورد شده با یک ضخامت معین، در دستگاه کندوپاش قرار می‌گیرند که پس از پایان مدت زمان مصرف آن‌ها، باید تعویض شوند.

2-2- روش تبخیر تحت خلآ
در روش تبخیر تحت خلأ، تارگت مبدأ (معمولا کربن)، در محیط خلأ، به اندازه‌ای گرم می‌شود که اتم‌های تارگت تبخیر شده و روی نمونه مقصد می‌نشیند (شکل 3). با استفاده از این روش، در مقایسه با روش کندوپاش، نمونه‌ها کمتر گرم شده که در نتیجه، لایه با دانه‌های ریزتری خواهیم داشت اما کنترل ضخامت لایه مشکل‌تر و زمان‌بر بوده و لایه تشکیل شده ناهمگن‌تر خواهد بود [4]. از این روش معمولاً برای پوشش‌دهی کربن استفاده می‌شود که در آن، تارگت کربن به شکل رشته‌ای است که پس از یک بار استفاده، قابل استفاده مجدد نبوده و باید تعویض شود. در شکل (3) نمای کلی مربوط به روش تبخیر تحت خلأ نشان داده شده‌است.

نتیجه گیری
با توجه به مطالب ذکر شده درباره اعمال پوشش هادی روی نمونه‌های مورد بررسی در میکروسکوپ الکترونی روبشی، می‌توان نتیجه گرفت که جنس پوشش مصرفی به میزان زیادی به جنس نمونه و نوع اطلاعاتی که از آن مورد نیاز است، بستگی دارد و همچنین به‌ کارگیری هر یک از این دو روش متداول برای پوشش‌دهی (کندوپاش و تبخیر خلأ) مزایا و معایبی نیز به همراه دارد که مهم‌ترین تفاوت آن‌ها، قابل کنترل بودن ضخامت لایه پوشش داده شده به‌وسیله روش کندوپاش و ریزدانه‌تر بودن لایه به روش تبخیر تحت خلأ است.