Semにおけるスパッタリングとは？導電性コーティングによる画像品質の向上

走査型電子顕微鏡（SEM）におけるスパッタリングは、非導電性または低導電性の試料を画像化するために使用される重要なプロセスである。導電性材料（金、白金、炭素など）の薄層を試料上に堆積させることにより、スパッタリングは電子ビームによる帯電効果を防ぎ、二次電子放出を促進し、S/N比を向上させ、高品質の画像を得ることができます。このプロセスは、試料を損傷から保護し、ナノメートルスケールでの正確なイメージングを保証するため、ビームに敏感な物質や非導電性物質にとって特に重要である。スパッタリングはまた、元素分析を妨げない導電層を提供することにより、X線分光法の使用を可能にする。

ポイントを解説

充電効果の防止:
- 導電性のない試料や導電性の低い試料は、SEMで電子ビームに曝されると電子を蓄積し、帯電効果が生じます。このような影響は画像をゆがめ、試料を損傷する恐れがある。
- スパッタリングは、試料上に薄い導電層（2～20 nm）を堆積させ、余分な電子が散逸する経路を提供することで、帯電を防止する。
二次電子放出の促進:
- 二次電子は、SEMで高解像度の画像を作成するために非常に重要である。非導電性材料は二次電子の放出が少ないことが多く、画質が悪くなります。
- スパッタリング中に塗布される導電性コーティングは、二次電子放出を促進し、SEM画像の鮮明さと細部を改善します。
信号対雑音比の向上:
- 鮮明で高品質なSEM画像を得るには、高いS/N比が不可欠です。スパッタリングは試料の導電性を高め、ノイズを低減し、二次電子からの信号を増強する。
- この改善は、ナノメートルスケールの微細な部分のイメージングに特に有効である。
ビーム感応性材料の保護:
- 生物学的試料やポリマーなど、一部の試料は電子ビームに敏感で、イメージング中に損傷を受ける可能性があります。
- 薄い導電層は保護バリアとして機能し、ビーム損傷を低減し、試料の完全性を損なうことなく長時間のイメージングを可能にします。
X線分光法の実現:
- X線分光法では、試料の元素分析を妨げないため、金属コーティングよりもカーボンコーティングが好まれることが多い。
- カーボンをスパッタリングすることで、試料の構造的完全性を維持しながら、正確なX線分光測定を可能にする導電層が得られる。
スパッタリング用材料の選択:
- スパッタリングに使用される一般的な材料には、金、金/パラジウム合金、プラチナ、銀、クロム、イリジウム、カーボンなどがある。
- 材料の選択は、高い導電性が必要（金属）、X線分光法との適合性が必要（炭素）など、特定の用途によって異なる。
生体試料および非導電性試料への応用:
- 一般的に非導電性である生体試料は、ナノメートル単位で鮮明な画像を得るためにスパッタリングが必要である。
- セラミックやポリマーなどの非導電性材料も、帯電を防ぎ画質を向上させるスパッタリングが有効である。
プロセス詳細:
- スパッタリングでは、真空チャンバー内に試料を置き、ターゲット材料（金や白金など）にイオンを照射してターゲットから原子を放出させ、試料上に堆積させます。
- スパッタ層の厚さは、微細な表面の詳細を不明瞭にすることなく最適な導電性を確保するために慎重に制御される（通常2～20 nm）。

これらの重要な点に対応することにより、スパッターニングによる SEM イメージングは正確で高解像度であり、帯電やビームの損傷に起因するアーチファクトがない。このプロセスは、特に非導電性またはビーム感受性の幅広い材料に不可欠である。

要約表

SEMにおけるスパッタリングの主な利点	詳細
帯電効果を防止	薄い導電層（2～20nm）を形成し、余分な電子を逃がす。
二次電子放出促進	非導電性素材の画像の鮮明さと細部を改善します。
信号対ノイズ比の向上	ノイズを低減し、ナノメートルスケールの高品質イメージングを可能にします。
ビームに敏感な材料を保護	イメージング中のビーム損傷を低減するバリアとして機能します。
X線分光分析が可能	カーボンコーティングにより、干渉のない正確な元素分析が可能です。
素材の選択	金、プラチナ、カーボンなど、用途に応じて。
用途	セラミックやポリマーのような生体試料や非導電性試料に最適です。
プロセス詳細	精密な膜厚制御（2～20nm）を真空チャンバー内で実施。