簡単に言うと、SEM画像撮影前に物体を金でコーティングするのは、電気伝導性を持たせるためです。この薄い金層は、サンプルの表面に破壊的な電子電荷が蓄積するのを防ぎます。電荷が蓄積すると、画像がひどく歪んだり、完全に台無しになったりする可能性があります。また、信号品質を大幅に向上させ、より鮮明な画像を得ることができます。
根本的な問題は、走査型電子顕微鏡（SEM）が電子ビームを使用することです。プラスチックや生体組織のような非導電性材料は、そのビームからの電荷を放散できません。金コーティングは導電性の「皮膜」を作り、サンプルを接地させることで、この根本的な不適合を解決し、鮮明な画像撮影を可能にします。
根本的な課題：電子と絶縁体
金の役割を理解するには、それが解決する根本的な問題をまず理解する必要があります。SEMは標準的な光学顕微鏡とは異なり、集束された電子ビームを使用して「見る」ものです。
「帯電」の問題
SEM画像撮影は、電子ビームをサンプル上を走査することで機能します。これらの電子が表面に当たると、電気的接地へと流れる経路が必要です。
金属のような導電性材料では、これは自動的に起こります。ポリマー、セラミックス、生物細胞のような非導電性（絶縁性）材料では、電子は行き場がありません。これらは表面に蓄積し、帯電と呼ばれる現象を引き起こします。
帯電の結果
この閉じ込められた電荷は、画像撮影にとって壊滅的です。それは、入射する電子ビームを反発させ、偏向させる強い負の電場を生成します。
この偏向は、明るく白飛びした部分、歪んだ形状、微細な詳細の完全な喪失など、深刻な画像アーチファクトを引き起こします。極端な場合、サンプルは単に明るい白いフレアとして表示され、画像撮影が不可能になります。
金コーティングが問題を解決する方法
非導電性サンプルには、極薄の金層を適用するのが標準的な解決策です。このプロセスは、通常スパッタコーティングを介して行われ、3つの異なる方法で核心的な問題に対処します。
1. 導電経路の作成
金層の最も重要な機能は、電荷を放散するための経路を提供することです。金製の「皮膜」は、接地された金属製サンプルホルダー（「スタブ」）に接続されています。
これにより、顕微鏡のビームからの電子がサンプル表面から無害に流れ出し、そうでなければ発生するであろう帯電アーチファクトを完全に防ぎます。
2. 画像信号の強化
SEMから得られる画像は、主に二次電子、つまり一次ビームによってサンプルの表面から叩き出される低エネルギー電子から構成されます。
金のような重金属は、二次電子を放出するのに非常に優れています。サンプルをコーティングすることで、SEMの検出器により強く、より鮮明な信号を生成する表面を作り出すことになり、最終画像の信号対雑音比を劇的に向上させます。
3. サンプルの保護
電子ビームの強いエネルギーは、特に生物組織やプラスチックのようなデリケートなサンプルを損傷する可能性があります。これはビーム損傷として知られています。
導電性の金層は、熱と電気エネルギーの両方を表面全体に放散させるのに役立ち、局所的な損傷を減らし、画像撮影中にサンプルの元の構造を維持するのに役立ちます。
トレードオフの理解
金は優れた汎用コーティングですが、すべてのシナリオにとって完璧な解決策ではありません。その限界を理解することは、優れた顕微鏡観察の鍵となります。
金は超高倍率には不向き
金は比較的大きな結晶粒径を持っています。低倍率から中倍率（通常約50,000倍未満）では、このテクスチャは小さすぎて見えず、画像に干渉しません。
しかし、非常に高倍率では、金コーティング自体の粒状構造が見えるようになり、サンプルの最も微細な詳細を覆い隠してしまう可能性があります。これらの用途には、より微細な粒子の（しかし高価な）プラチナやイリジウムが好まれます。
コーティングは表面化学を覆い隠す
SEMには、サンプルの元素組成を決定するための検出器（EDSなど）を装備できます。電子ビームは金コーティングと相互作用するため、そのような分析では、下にある材料ではなく、単に金が検出されます。
非導電性サンプルの真の表面化学を分析することが目的の場合、コーティングを避け、代わりに特殊な低真空または環境SEM（ESEM）を使用する必要があります。
目的に合った選択をする
金コーティングを使用するかどうか、あるいはコーティング全般を使用するかどうかの決定は、完全に画像撮影の目的に依存します。
- 非導電性サンプルの一般的な地形画像撮影が主な焦点である場合： 金スパッタコーティングは業界標準であり、性能、コスト、使いやすさの素晴らしいバランスを提供します。
- 超高解像度画像撮影（50,000倍をはるかに超える）が主な焦点である場合： コーティングのテクスチャが解像度を制限しないように、プラチナ/パラジウムやイリジウムのようなより微細な粒子のコーティングを使用する必要があります。
- 表面の元素組成の決定が主な焦点である場合： 導電性コーティングは使用しないでください。コーティングされていないサンプルを低真空または可変圧力SEMで使用する必要があります。
最終的に、金コーティングは、電子ビームの力で複雑な非導電性の世界を視覚化することを可能にする強力な前処理技術です。
要約表：
| 金コーティングの目的 | 主な利点 |
|---|---|
| 帯電防止 | 電子ビームの電荷を放散させ、画像の歪みをなくします。 |
| 信号強化 | 二次電子放出を改善し、より鮮明な画像を得ます。 |
| サンプル保護 | 生物組織のようなデリケートなサンプルのビーム損傷を軽減します。 |
| 限界：高倍率 | 約50,000倍以上の倍率では、コーティングの粒子が見える場合があります。 |
| 限界：表面分析 | EDS分析の場合、真の表面化学を覆い隠します。 |
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