喷碳仪用于扫描电子显微镜的用途

当通过高能电子束检查时，需要涂层来去除或减少在非导电材料中迅速积聚的电荷。在没有涂层的理想条件下研究的材料样品不可避免地会出现电荷效应，导致图像像差以及热辐射退化，这可能导致从样品中去除大量材料。

1930年代后期，扫描电子显微镜（SEM）的发展大大提高了观察表面形态的能力，引发了生物学研究和材料科学领域的革命。几乎所有在扫描电子显微镜下研究的非导电材料都需要沉积一层薄薄的导电材料。

碳涂层的重要性
碳膜和涂层因其最小的成像干扰和相当强的电气性能而在电子显微镜中的应用而得到广泛认可。TEM中使用薄膜，通常为5 nm或50埃，但SEM可以使用约50 nm的较厚薄膜进行X射线微分析等活动。碳涂层有许多好处。

用于扫描电子显微镜过程的碳涂层是无定形的，在防止导致材料表面劣化的充电机制方面非常有益。它们还有助于生物材料的高效成像。这表明碳涂层对于制备用于能量色散X射线光谱（EDS）的非导电样品特别有用。

碳涂层的热蒸发方法
碳的热蒸发是制备电子显微镜样品的常用方法。当碳使用合适的技术在真空中加热时，蒸气压超过1.3Pa，并迅速蒸发成单原子状态。这些涂层可以使用两种类似的方法来实现：碳纤维或碳棒技术。

在棒涂层过程中使用两根具有尖接触面积的碳棒。这通常被称为布兰德利方法。该过程涉及两根杆之间的电流流动，在锐化的接触点处产生大量的电流密度，从而产生极高的热量。这会导致碳从表面蒸发。这可以通过斜坡或脉动电流来实现。当达到大约 10 mPa 的压力时，可以将增强线和碳棒（如有必要）加热到深红色。

这种第一次除气对于碳棒尤其重要，因为它消除了生产中使用的任何化学粘合剂。除气完成后，电流减小，泵送恢复。样品被旋转和倾斜，以确保所有侧面的平等对待。积碳后，真空压力降低到1.0 mPa至100 μPa之间。最好不断提高功率，直到碳棒的末端开始发光，然后降低施加的电流。

在纤维方法的情况下，碳纤维被夹在两个夹子之间，并传递周期性的电压。结果，纤维外部的碳蒸发。两种程序都有明显的质量差异。通过调整脉动频率和脉冲持续时间，碳纤维技术可以更好地控制涂层厚度。因此，它适用于TEM网格应用以及分析SEM技术，如EDS和电子背散射衍射（EBSD）。碳棒饰面更“清洁”，更耐用。在真空条件下生产的碳棒涂层具有斜坡电压，可提供最优质的覆盖物。

涂层测厚仪指示已达到的厚度。然而，这些与碳一起使用以连续精确地调节层厚度具有挑战性，尤其是在恒定蒸发电压的情况下。

低真空蒸发镀膜法
这个过程涉及碳在氩气环境中以大约1Pa的压力蒸发，碳原子多次碰撞并在各个维度上扩散。这种方法非常适合制作坚固的碳涂层，并在用X射线和背散射电子分析材料之前覆盖广泛的雕刻材料。然而，它对SEM样品的广泛适用性是值得怀疑的，特别是考虑到碳的次生输出有限。毫无疑问，碳的同时分散和基底透射使其能够更成功地涂覆困难的样品，因此，这将是一个很好的利用方法。

碳可以溅射涂覆到试样上吗？
当高能离子或中性原子撞击基板的外部并将速度传递到几纳米以上的原子时，就会发生溅射。一些原子作为相互作用的结果被弹出，因为它们获得了足够的能量来断开与邻居的连接。如果给予它们的速度很大，它们就会被运离表面。由于施加的电压的存在，电子加速向正阳极移动。带正电荷的离子随后被推向负偏置的靶材，引起溅射。碳可以溅射涂层;然而，所得薄膜具有高氢比例，使得碳溅射对于SEM操作是不希望的。金溅射已广泛用于试样制备。

一种用于碳涂层的薄膜方法
辉光放电方法可用于制造碳膜。在减压和厌氧气氛中，排出的容器充满碳氢化合物蒸气，例如乙炔或苯。产生辉光放电，使碳氢化合物蒸气聚合并形成深色碳涂层。然而，这种方法太不稳定了，在 SEM 中没有用。