لایه نشان SEM و کوترهای میکروسکوپ الکترونی پوششهای نانوساختار
تصویربرداری از نمونه با استفاده از میکروسکوپ الکترونی روبشی (SEM) معمولا نیاز به پوشش سطح نمونه با لایهای نازک از مادهای رسانا در مرحله آمادهسازی نمونه دارد. شرکت پوششهای نانوساختار طراح و تولیدکننده سیستمهای لایهنشانی مناسب برای آمادهسازی نمونه SEM است. کوترهای میکروسکوپ الکترونی این شرکت بر اساس لایهنشانی بخار فیزیکی (PVD) در خلاء پایین و بالا کار میکنند.
چرا نمونههای SEM باید لایهنشانی شوند؟
تصویربرداری میکروسکوپ الکترونی روشی کارآمد برای بررسی سطوح با ساختارهای در ابعاد میکرو و نانو با استفاده از پرتوی الکترونهای پرانرژی است. نمونههای مورد بررسی توسط تصویربرداری SEM باید سطحی رسانا داشته باشند تا از تجمع بار الکتریکی بر سطح نمونه، و در نتیجه افزایش دمای آن و آسیب به نمونه جلوگیری شود. بنابراین لایهنشانی سطح نمونههای میکروسکوپ الکترونی توسط یک لایه نازک رسانا یکی از مراحل مهم آمادهسازی نمونه است. این لایه نازک رسانا (با ضخامت در حدود نانومتر) را میتوان با استفاده از لایهنشانی بخار فیزیکی (PVD) مانند اسپاترینگ و تبخیر حرارتی لایهنشانی نمود. دستگاههای لایهنشانی در خلاء شرکت پوششهای نانوساختار از پرطرفدارترین لایهنشانهای میکروسکوپ الکترونی در بازار محسوب میشوند.
روشهای لایهنشانی برای آمادهسازی نمونههای میکروسکوپ الکترونی
-
اسپاترینگ
لایهنشانی اسپاترینگ یکی از روشهای لایهنشانی بخار فیزیکی است که در آن ذرات پرانرژی پلاسما، مانند یونها و الکترونها، مولکولها و اتمهای سطح ماده هدف را کندوپاش میکنند. سپس این ذرات بر روی سطح زیرلایه جمع شده و لایهای نازک از اتمهای هدف تشکیل میدهند.
اسپاترکوترهای یونی شرکت پوششهای نانوساختار برای آمادهسازی نمونههای میکروسکوپ الکترونی تحت خلاء (پایین و بالا)، به ترتیب برای لایهنشانی مواد غیراکسیدشونده و اکسیدشونده مناسب هستند. مگنترون اسپاترکوترهای خلاء پایین DSR1 شرکت پوششهای نانوساختار برای لایهنشانیهای متداول طلا و دیگر فلزات غیراکسیدشونده مانند پلاتین که در تصویربرداری میکروسکوپ الکترونی کاربرد دارند، مناسب میباشند.
لایهنشانهای میکروسکوپ الکترونی خلاء بالا با پمپ توربو شرایط لایهنشانی مناسب برای فلزات اکسیدشونده مانند تنگستن، ایریدیوم و کروم را فراهم میآورند. لایهنشانی در خلاء بالا و استفاده از هدفهای فلزی ذکر شده موجب تشکیل لایههایی با دانهبندی کوچکتر میشود که در تصویربرداری میکروسکوپ الکترونی روبشی تابش میدانی (FESEM) بسیار حائز اهمیت است(مطالعه بیشتر). اسپاترکوتر خلاء بالای DST1-170 و DST1-300 با محفظههای کوچک و بزرگ، قابلیت لایهنشانی اسپاترینگ در خلاء بالا و ایجاد پوششهای نازک با دانهبندی ریز مناسب برای تصویربرداری FESEM توسط شرکت پوششهای نانوساختار ارائه میشوند.
-
تبخیر حرارتی
تبخیر حرارتی مواد رسانای متفاوت و لایهنشانی بخار ماده هدف بر روی نمونه یکی از روشهای شناخته شده در پوششدهی نمونههای میکروسکوپ الکترونی است. در این روش مواد مختلف مانند فلزات و کربن به روش مقاومتی حرارت دیده و تبخیر میشوند تا لایهای رسانا بر روی نمونه SEM تشکیل شود.
تفاوت روش اسپاترینگ و تبخیر حرارتی
در این روش در مقایسه با فرآیند اسپاترینگ، مدت زمان لایهنشانی طولانیتر و نیازمند خلاء بالاتری است. البته لایهنشانی به روش تبخیر حرارتی لایهای یکنواختتر ایجاد میکند و قابلیت لایهنشانی ساختارهای متخلخل را فراهم میکند. دستگاههای لایهنشان تبخیر حرارتی مدل DTE و DTT در دو اندازه محفظه کوچک و بزرگ برای تبخیر حرارتی مواد مختلف توسط شرکت پوششهای نانوساختار ارائه میشوند.
-
لایهنشانی کربن برای تصویربرداری میکروسکوپ الکترونی
لایهنشانی کربن یکی دیگر از گزینههای موجود برای ایجاد لایهای رسانا بر روی سطوح نارسانای نمونههای SEM است. همچنین لایهنشانی کربن آمورف (بدون ساختار) بر روی نمونه برای مشخصهیابی نمونه توسط آزمون EDX بسیار مطلوب است. از سوی دیگر، توریهای میکروسکوپ الکترونی عبوری (TEM) نیازمند پوششدهی توسط لایهای رسانا با تداخل قابل چشم پوشی در تصویربرداری دارند، بدین ترتیب لایه نازک کربنی در تصویربرداری TEM نیز بسیار کارآمد است. البته باید در نظر داشت که فشار نهایی محفظه بر ساختار لایه کربنی تاثیر بسزایی دارد، به همین دلیل شرکت پوششهای نانوساختار کربن کوترهای خود را در دو مدل خلاء پایین، DCR، و خلاء بالا، DCT، عرضه میکند.
-
لایهنشانهای ترکیبی میکروسکوپ الکترونی
لایهنشانهای میکروسکوپ الکترونی شرکت پوششهای نانوساختار با قابلیت لایهنشانی اسپاترینگ و لایهنشانی کربن در یک دستگاه لایهنشان رومیزی نیز ارائه میشوند. دستگاههای لایهنشانی ترکیبی خلاء پایین و بالای DSCR و DSCT با ترکیب دستگاه اسپاتر کوتر و کربن کوتر در یک دستگاه، قابلیت استفاده از مزایای هر دو نوع لایهنشانی را برای آمادهسازی نمونه SEM فراهم آورده است.
همچنین مدلهای DSCR-300 و DSCT-300 ارائه شده با محفظههای بزرگتر، قابلیت انجام لایهنشانیهای طولانی مدت را داراست.
دستگاه DSCT-T با افزودن قابلیت انجام تبخیر حرارتی به اسپاتر/کربن کوتر، یک دستگاه لایهنشان سهکاره به شمار میرود و تمامی روشهای متداول مورد استفاده در آمادهسازی نمونههای میکروسکوپ الکترونی را شامل میشود. مدل DCT-T-300 نیز با قابلیت لایهنشانی کربن و تبخیر حرارتی فلزات در یک محفظه بزرگ، لایهنشانی بر روی نمونههای بزرگتر را امکانپذیر مینماید.
ضخامت و زمان لایه نشانی اسپاترینگ برای ایجاد لایۀ رسانای مناسب بر روی یک باکتری چقدر است؟
ضخامت و مدت زمان لایه نشانی یک لایۀ رسانا برای مشاهدۀ یک نمونۀ باکتریایی توسط میکروسکوپ FESEM کاملا بستگی به نوع باکتری، رزولوشن مورد نیاز و دستگاه مورد استفاده دارد. برای به دست آوردن بهینه مقدار پارامترها می توان با لایه نشانی حدود ۵-۱۰ نانومتر در مدت زمان ۳۰-۶۰ ثانیه آغاز نمود. البته باید توجه داشت که جریان الکتریکی و فشار محفظه برای هدفهای مختلف مانند طلا و پلاتین برای دستیابی به ضخامت یکسان متفاوت است، برای مثال در لایه نشانی طلا معمولا از جریان ۲۰-۳۰ میلی آمپر در فشار ۰.۲-۰.۵ میلی تور استفاده می شود، در حالی که در لایه نشانی پلاتین جریان و فشار بر روی مقادیر کمتری تنظیم می شوند.