走査型電子顕微鏡（SEM）において、スパッタコーティングは基本的な試料作製技術です。これは、非導電性または導電性の低い試料の表面に、通常は金のような金属からなる超薄い導電性膜を堆積させるプロセスです。このプロセスは、電子ビーム下での破壊的な電気的チャージングを防ぐために不可欠であり、試料の表面形状の鮮明で高解像度の画像を撮影できるようにします。
スパッタコーティングの主な目的は、SEMで非導電性材料をイメージングする際の主要な課題を解決することです。導電経路を作り出すことで試料を接地し、画像歪みの原因となる電荷の蓄積を防ぎ、詳細な表面分析に必要な信号を強化します。
根本的な問題：非導電性試料がSEMで失敗する理由
「チャージング」現象
SEMは、集束された電子ビームを試料表面に走査することによって機能します。これらの電子が非導電性の表面に当たると、逃げ場がなく蓄積します。
この負の静電荷の蓄積は「チャージング」として知られています。
歪んだ使用不可能な画像
この閉じ込められた電荷は、入射する電子ビームを偏向させ、最終的な画像を著しく歪ませます。これは、不自然に明るい斑点、筋、または微細な表面ディテールの完全な喪失として現れることが多く、真剣な分析には画像が使用できなくなります。
ビームによる損傷の可能性
電子ビームからの集中したエネルギーは、デリケートな生物学的試料や高分子試料を物理的に損傷し、観察しようとしている表面そのものを変化させてしまう可能性もあります。
スパッタコーティングが問題を解決する方法
導電経路の作成
スパッタされた金属層の主な機能は、電子の逃げ道を提供することです。この薄膜は試料の表面全体を接地されたSEMステージに接続し、電荷の蓄積を防ぎます。
二次電子放出の強化
金や白金などのコーティングに使用される材料は、二次電子の優れた放出体です。これらの電子は、ほとんどのSEMアプリケーションで表面形状画像を生成するために使用される主要な信号です。
良好なコーティング材料は、この信号を増強し、信号対雑音比と画像の全体的な品質を大幅に向上させます。
試料の保護
薄い金属層は保護バリアとしても機能します。熱を放散させ、一次電子ビームからのエネルギーの一部を吸収することで、ビームに敏感な材料を損傷から保護するのに役立ちます。
トレードオフの理解：適切な材料の選択
コーティングに選択する材料は任意ではなく、結果に直接影響します。目標は、観察対象を覆い隠すことなく表面に適合する、均一で微細な粒子の層であり、通常は2～20ナノメートルの厚さです。
金（Au）：汎用標準
金は、高い導電性、スパッタリングプロセスでの効率性、比較的微細な粒径のため、最も一般的なコーティング材料です。汎用イメージングに最適です。
イリジウム（Ir）または白金（Pt）：高解像度ニーズ向け
極めて高い倍率を必要とするアプリケーションでは、イリジウムや白金が好まれることがよくあります。これらは金よりもさらに微細な粒子のコーティングを生成でき、コーティング自体のアーティファクトを導入することなくナノスケールの特徴を分解するために不可欠です。
炭素（C）：化学分析の選択肢
目的がエネルギー分散型X線分光法（EDX）を使用した試料の元素組成の決定である場合、炭素コーティングを使用する必要があります。
金などの金属は強いX線ピークを発生させ、これが実際の試料からの元素の信号と干渉し、マスクしてしまいます。炭素の低エネルギー信号はこの競合を引き起こしません。
過剰コーティングの落とし穴
厚すぎる層を適用することはよくある間違いです。過度に厚いコーティングは、観察しようとしている微細な表面の詳細を覆い隠し、分析の目的を損ないます。コーティングは、チャージングを防ぐのに十分な厚さであるべきです。
目的に合った適切な選択をする
コーティング材料と厚さの選択は、分析目的によって直接導かれるべきです。
- 主な焦点が高品質の表面イメージングである場合：導電性と二次電子信号を最大化するために、金、白金、またはイリジウムのような微細な粒子の金属を使用します。
- 主な焦点が元素組成分析（EDX）である場合：実際の試料の元素をマスクする信号干渉を避けるために、炭素コーティングを選択します。
- 主な焦点がデリケートなナノスケールの特徴の保存である場合：チャージングを効果的に防ぐために、イリジウムのような非常に微細な粒子の材料で可能な限り薄いコーティングを使用します。
適切な試料作製は予備的なステップではなく、正確で洞察に満ちた電子顕微鏡分析の基盤です。
要約表：
| コーティング材料 | 主な用途 | 主な利点 |
|---|---|---|
| 金（Au） | 汎用イメージング | 高い導電性、微細な粒子 |
| 白金（Pt）/イリジウム（Ir） | 高解像度イメージング | 超微細粒子、アーティファクトの最小化 |
| 炭素（C） | 元素分析（EDX） | X線信号の干渉なし |
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