測(cè)量電子顯微鏡碳厚度

在電子顯微鏡樣品鍍膜時(shí)，石英晶振片可控制鍍膜的厚度。這些晶振片以一定的頻率（新晶體時(shí)約為6兆赫）進(jìn)行振蕩。通過(guò)測(cè)量鍍膜前和鍍膜后的頻率、鍍膜材質(zhì)的比重和石英的幾何位置，可以計(jì)算出應(yīng)用厚度。

然而，這種測(cè)量碳膜厚度的方法也有一些弊端。碳蒸發(fā)產(chǎn)生的熱量和光線會(huì)影響晶振片振蕩的頻率。過(guò)一段時(shí)間，等數(shù)值穩(wěn)定后，才能得出合理的膜厚測(cè)量結(jié)果。圖1和圖2展示了蒸發(fā)過(guò)程隨著時(shí)間推移影響晶振片頻率的過(guò)程。Flash蒸發(fā)以全功率燃燒整段碳繩。脈沖蒸發(fā)是通過(guò)一個(gè)短的特定電壓發(fā)生的，以沉積少量的碳材料。Flash蒸發(fā)可以得到更厚的膜層，但其結(jié)果只受碳繩影響。在Flash過(guò)程中，樣品會(huì)產(chǎn)生大量熱量。使用脈沖蒸發(fā)時(shí)，膜厚每個(gè)脈沖的功率、脈沖時(shí)間和脈沖數(shù)量影響。相比Flash蒸發(fā)，脈沖蒸發(fā)產(chǎn)生的熱量更少。

軟件控制的碳繩脈沖蒸發(fā)是一種創(chuàng)新方法（由Leica Microsystems為L(zhǎng)eica EM ACE鍍膜機(jī)的新系列開發(fā)），它簡(jiǎn)化了以前復(fù)雜的過(guò)程。在每個(gè)特定的短脈沖之后，每一個(gè)脈沖后的膜厚都會(huì)得到測(cè)量。信息會(huì)反饋到過(guò)程控制中，然后再執(zhí)行一個(gè)脈沖，或成功完成鍍膜。這種方法滿足了高度精確的要求，創(chuàng)造出了1或2納米厚的薄層，無(wú)需經(jīng)驗(yàn)即可重現(xiàn)。

如果想評(píng)估碳膜厚度，但沒(méi)有晶振片測(cè)量系統(tǒng)，則可以采用一種簡(jiǎn)單的視覺(jué)測(cè)試方法。對(duì)于參考測(cè)試來(lái)說(shuō)，這也是一種非常有用的方法。

碳蒸發(fā)在鍍金板或測(cè)試鋁箔上的碳，會(huì)受其厚度影響呈現(xiàn)出明顯的顏色差異（見下面的刻度）。蓋板或測(cè)試箔通過(guò)磁控濺射鍍膜約50納米的金，或者直到它看起來(lái)呈金色。圖片展示了涂有不同厚度的碳的金色蓋板。從左到右：無(wú)涂層黃金，然后從10納米碳膜層開始，逐級(jí)遞增5納米，直到40納米碳涂層。

圖3：樣本由安特衛(wèi)普大學(xué)的Frédéric Leroux博士制作。

圖3.通過(guò)比較顏色，對(duì)金板測(cè)試箔上的碳層厚度進(jìn)行視覺(jué)測(cè)試的原則

如果沒(méi)有晶振片測(cè)量系統(tǒng)，這種簡(jiǎn)單的測(cè)試方法也能起到效果，但它顯然沒(méi)有石英測(cè)量系統(tǒng)精確。涂層厚度是在涂層過(guò)程結(jié)束后進(jìn)行評(píng)估的。因此，它無(wú)法在涂層過(guò)程中給予反饋。很明顯，這是一個(gè)粗略評(píng)估的方法，精度為+/-幾個(gè)納米。它不能提供納米級(jí)別的沉積碳層精確信息，也不具備可重復(fù)性。綜合脈沖測(cè)量可將精度控制在+0.5納米的范圍內(nèi)，同時(shí)確保再現(xiàn)性。