離子研磨技術(shù)的重要性

在掃描電子顯微鏡（SEM）觀察中，樣品的前處理方法至關(guān)重要。傳統(tǒng)機(jī)械研磨方法存在諸多弊端，如破壞樣品表面邊緣、產(chǎn)生殘余應(yīng)力等，這使得無法準(zhǔn)確獲取樣品表層納米梯度強(qiáng)化層的真實(shí)、精準(zhǔn)的原位力學(xué)性能。而離子束研磨技術(shù)以其獨(dú)特的優(yōu)勢，能夠有效解決這一難題，為 SEM 觀察提供了高質(zhì)量的樣品制備手段。

離子研磨的工作原理

離子研磨是通過離子撞擊材料表面實(shí)現(xiàn)的。具體來說，離子源中的氬氣（純度需達(dá)到 99.9999%以上）在高真空環(huán)境下，經(jīng)高壓電場電離成氬離子。這些氬離子撞擊樣品表面，通過動量交換將動能傳遞給樣品表面原子，使原子獲得足夠能量逃逸，從而在宏觀上實(shí)現(xiàn)“離子研磨”。高真空環(huán)境是必不可少的，否則高能電子束會因撞擊空氣分子而被吸收或散射，影響研磨效果。與傳統(tǒng)機(jī)械研磨相比，離子研磨具有顯著的優(yōu)勢。例如，在太陽能電池切割加工截面與離子束研磨（CP）加工截面的背散射電子像對比中，傳統(tǒng)機(jī)械研磨的解理面沿晶粒邊界凹凸不平，而經(jīng)過 CP 加工的截面則十分光滑。這種光滑的截面能夠清晰地觀察到一些在傳統(tǒng)研磨中不明顯的結(jié)構(gòu)，如位于 ZnO 和 CIGS 之間因成分差異形成的 CdS 層襯度，以及由晶體取向不同產(chǎn)生的通道襯度。

離子研磨設(shè)備的使用要點(diǎn)

在使用離子束研磨設(shè)備時(shí)，樣品固定于樣品臺之上，需要切割的部分應(yīng)突出遮擋板 1~1.5mm。屏蔽板的作用是遮蔽非目標(biāo)區(qū)域的離子束，避免損傷，但長時(shí)間轟擊后屏蔽板需要更換。

離子研磨的優(yōu)化方法

為了提高離子研磨的效果，可以采用一些優(yōu)化方法。例如，將氬離子束角度調(diào)節(jié)到 80°以上時(shí)，高能粒子轟擊角度和加工平面近似平行，這樣氬離子轟擊樣品表面時(shí)，凸出部分被轟擊或者轉(zhuǎn)移到凹陷區(qū)域，長時(shí)間轟擊后可以降低整個(gè)平面的粗糙度，實(shí)現(xiàn)平面拋光。在加工過程中旋轉(zhuǎn)載物臺可以讓研磨范圍更廣。

研磨的應(yīng)用場景

在電池領(lǐng)域，可用于鋰電池電極材料極片的內(nèi)部結(jié)構(gòu)、極片孔隙度的測量，通過孔隙度可以判斷鋰電池材料的吸液性，進(jìn)而判斷鋰電池材料的循環(huán)壽命。在芯片領(lǐng)域，可用于芯片、LED 等失效分析，以及納米量子電子器件、亞波長光學(xué)結(jié)構(gòu)，表面等離子元器件等應(yīng)用的微納加工。

CP與FIB的區(qū)別

CP 主要承擔(dān)前處理任務(wù)，用于對樣品截面進(jìn)行切割與拋光，之后將處理好的樣品置于 SEM 或 OM 中進(jìn)行觀察；FIB 通常與 SEM 配合使用，能夠在刻蝕樣品的過程中同步觀察，常用于截面分析或 TEM 樣品的制備。

離子研磨技術(shù)作為一種先進(jìn)的樣品前處理方法，在 SEM 觀察中發(fā)揮著重要作用。金鑒實(shí)驗(yàn)室的專業(yè)服務(wù)不僅限于測試和認(rèn)證，還包括失效分析、技術(shù)咨詢和人才培養(yǎng)，為客戶提供一站式的解決方案。