专利名称：透射电镜用薄膜样品的制备方法
技术领域：
本发明属于电镜样品制备技术领域，特别提供了一种便捷的制备电镜用样品的方法。
背景技术：
为了研究金属或合金膜的微观结构，需要制备电镜样品进行观察，用于透射电子显微镜观察的样品，由于电子的穿透能力弱，要求其厚度极薄，一般为5～200nm之间。传统的制样过程中一般先在金属衬底上镀上所要观察的膜，然后再把金属衬底抛磨至50～60μm以下，然后再进行单面离子束减薄或者单面双喷减薄，在此过程中会导致样品受到不同程度的污染且在机械减薄过程中容易引入假象，影响最终的观察效果，不能观察到样品真实的结构；另外，样品在抛磨过程中容易出现边缘倒角现象，严重时甚至会使样品碎裂掉，对于这些问题文献记载中还没有行之有效的方法来解决。
发明内容
本发明的目的在于提供一种便捷的制备电镜用薄膜样品的方法，解决了电镜用薄膜样品在传统机械减薄过程中容易受到污染、破碎和引入假象的问题。
本发明的技术方案是一种透射电镜用薄膜样品的制备方法，按如下步骤进行1)利用磁控溅射方法制取金属膜或合金膜，磁控溅射以金属或合金靶为负极，衬底为正极，具体步骤及工艺参数如下a)将真空室抽真空，使背底真空度达到2.0×10-5～8.0×10-5Pa；b)向真空室通入Ar气，使镀膜气氛为Ar气氛，将镀膜时真空度控制在6.5×10-1～7.5×10-1Pa范围之间；c)溅射电压为100～300V，靶电流为0.5～2A；d)预溅射2～5分钟后再在衬底上溅射镀膜，镀膜时间60～90分钟，使衬底上膜的厚度在5～9μm之间；2)在所述衬底上直接揭下利用磁控溅射方法镀得的金属或合金膜，然后冲出直径为3mm的圆片；3)将所述圆片进行双喷减薄或者离子减薄制得电镜观察用的样品。
所述步骤a)之前，将衬底分别经过丙酮、酒精超声清洗去油后，放置在肥皂水中，浸泡1～5分钟的时间，然后取出风干，使得其表面均匀的涂有一层肥皂膜。
所述步骤2)采用将镀好的膜用蒸馏水浸泡使膜自动与衬底剥离，然后用冲样机制得直径为3mm的圆片。
所述衬底采用金属衬底中的钼、不锈钢、铜或镍衬底；或者采用非金属衬底中的玻璃或单晶硅衬底。
所述靶材质为钛及钛合金、铁及铁合金、铜及铜合金以及锆合金、钼合金、镧合金、镁合金之一。
本发明的有益效果如下1、本发明采用磁控溅射的方法在衬底上溅射镀膜，靶材利用率高，沉积速率快，工作温度低，衬底的温升低、损伤小，通过优化磁控溅射工艺参数，可以获得均匀、致密的金属或合金膜，而现有的磁控溅射技术镀的膜与基片之间附着力强，本发明是在克服膜与基片较强结合力的思想基础上提出的，衬底上所镀膜的厚度在5～9μm之间，可以直接将磁控溅射镀膜与双喷减薄或者离子减薄相结合制得电镜观察用的样品，解决了电镜用薄膜样品在传统机械减薄过程中容易受到污染、破碎和引入假象的问题。
2、本发明可用于在金属或非金属(玻璃、单晶硅等)衬底上镀制铝、铜、铁、铬、镍、钛等金属及其合金膜，应用范围广。
3、本发明采用金属衬底和非金属衬底，金属衬底如钼、不锈钢、铜或镍等衬底；非金属衬底如玻璃、单晶硅等衬底，采用磁控溅射的方法在衬底上溅射镀膜，可以直接揭下利用磁控溅射方法镀得的金属或合金膜，也可以用蒸馏水浸泡使薄膜自动与衬底剥离。
4、本发明在进行磁控溅射前将干净的衬底放置在肥皂水中，浸泡1～5分钟的时间，然后取出风干，使得其表面均匀的涂有一层肥皂膜，利于薄膜与衬底剥离。
5、本发明采用预溅射2～5分钟后进行镀膜，由于合金靶容易氧化，可以通过预溅射将衬底上的氧化层去掉，然后进行镀膜，可以得到干净的金属或合金膜，其纯度较高。
图1a是以玻璃衬底溅射得到的TiZrYAl合金膜照片。
图1b是以Mo为衬底溅射得到的TiZrYAl合金膜照片。
图1c为TiZrYAl合金膜的透射电镜照片。
图2a是以单晶硅片Si为衬底溅射得到的Fe合金膜照片。
图2b为Fe合金膜的透射电镜照片。
图3a是以不锈钢片为衬底溅射得到的纯Ti膜照片。
图3b为纯Ti膜的透射电镜照片。
具体实施例方式
本发明采用以下方法和技术，成功的制备出电镜用薄膜样品。
1)利用磁控溅射方法制备金属或合金膜，磁控溅射以合金靶为负极，衬底为正极，具体步骤及工艺参数如下a)将真空室抽真空，使背底真空度达到2.0×10-5～8.0×10-5Pa；b)向真空室通入Ar气，使镀膜气氛为Ar气氛，将镀膜时真空度控制在6.5×10-1～7.5×10-1Pa范围之间；c)溅射电压为100～300V，靶电流为0.5～2A；d)预溅射2～5分钟后再在衬底上溅射镀膜，镀膜时间60～90分钟，使衬底上镀膜的厚度在5～9μm之间；2)在所述衬底上直接揭下利用磁控溅射方法镀得的金属或合金膜，然后冲出直径为3mm的圆片；3)将所述圆片进行双喷减薄或者离子减薄获得电镜观察用的样品。
实施例1样品制备把分别经过丙酮、酒精超声清洗去油后的玻璃片和Mo片作为衬底放置在肥皂水中，浸泡2分钟，然后取出风干，使得其表面均匀的涂有一层肥皂膜；然后以TiZrYAl合金靶为负极，分别以玻璃衬底和Mo衬底为正极，在磁控溅射镀膜机上采用如下工艺参数制备溅射时先抽真空至背底真空度达到6.0×10-5Pa左右，然后通入纯度为99.99％的Ar气，使镀膜时的真空度维持在7.0×10-1Pa左右，电流1A，电压160V，预溅射5分钟后再在衬底上溅射镀膜，镀膜时间90分钟，膜厚在9μm左右，图1a和图1b分别是溅射后得到的玻璃衬底和Mo的Ti合金膜照片，可以看到膜已经与衬底有剥离现象。
将镀好的膜用蒸馏水浸泡使Ti合金膜自动与衬底剥离，然后用冲样机制得直径为3mm的圆片，再进行双喷减薄或者离子减薄制取电镜样品，如图1c所示，本发明成功观察到的Ti合金膜TEM(透射电镜)照片，所得电镜用薄膜样品干净、均匀、致密，解决了电镜用薄膜样品在传统机械减薄过程中容易受到污染、破碎和引入假象的问题。
实施例2与实施例1不同之处是
样品制备把经过丙酮、酒精超声清洗去油后的单晶Si片作为衬底放置在肥皂水中，浸泡4分钟，然后取出风干，使得其表面均匀的涂有一层肥皂膜；然后以Fe合金靶(合金牌号为FeZrSiMn)为负极，以单晶Si片为正极，在磁控溅射镀膜机上采用如下工艺参数，溅射时先抽真空至背底真空度达到3.0×10-5Pa左右，然后通入纯度为99.99％的Ar气，使镀膜时的真空度维持在6.5×10-1Pa左右，电流1A，电压200V，预溅射2分钟后再在衬底上溅射镀膜，镀膜时间60分钟，膜厚在5μm左右。图2a是溅射后得到的硅衬底的Fe合金膜照片，可以看到膜已经与衬底有剥离现象。
将镀好的膜用蒸馏水浸泡使Fe合金膜自动与衬底剥离，然后用冲样机制得直径为3mm的圆片，再进行双喷减薄或者离子减薄制取电镜样品，如图2b所示，本发明成功观察到的Fe合金膜TEM照片，所得电镜用薄膜样品干净、均匀、致密，解决了电镜用薄膜样品在传统机械减薄过程中容易受到污染、破碎和引入假象的问题。
实施例3与实施例1不同之处是样品制备把分别经过丙酮、酒精超声清洗去油后的不锈钢作为衬底放置在肥皂水中，浸泡4分钟，然后取出风干，使得其表面均匀的涂有一层肥皂膜；然后以Ti(纯度为99.9％)靶为负极，以不锈钢片为正极，在磁控溅射镀膜机上采用如下工艺参数，溅射时先抽真空至背底真空度达到8.0×10-5Pa左右，然后通入纯度为99.99％的Ar气，使镀膜时的真空度维持在6.8×10-1Pa左右，电流1A，电压180V，预溅射3分钟后再在衬底上溅射镀膜，镀膜时间80分钟，膜厚在8μm左右。图3a是溅射后得到的不锈钢片衬底的Ti膜照片，可以看到膜已经与衬底有剥离现象。
将镀好的膜用蒸馏水浸泡使铜合金膜自动与衬底剥离，然后用冲样机制得直径为3mm的圆片，再进行双喷减薄或者离子减薄制取电镜样品，如图3b所示，本发明成功观察到的纯Ti膜TEM照片，所得电镜用薄膜样品干净、均匀、致密，解决了电镜用薄膜样品在传统机械减薄过程中容易受到污染、破碎和引入假象的问题。
另外，金属衬底还采用了Cu、Ni等衬底，合金靶材质还采用了Zr、Mo、La、Mg等合金，均达到本发明目的，并取得较好的效果。
权利要求
1.一种透射电镜用薄膜样品的制备方法，其特征在于1)利用磁控溅射方法制取金属膜或合金膜，磁控溅射以金属或合金靶为负极，衬底为正极，具体步骤及工艺参数如下a)将真空室抽真空，使背底真空度达到2.0×10-5～8.0×10-5Pa；b)向真空室通入Ar气，使镀膜气氛为Ar气氛，将镀膜时真空度控制在6.5×10-1～7.5×10-1Pa范围之间；c)溅射电压为100～300V，靶电流为0.5～2A；d)预溅射2～5分钟后再在衬底上溅射镀膜，镀膜时间60～90分钟，使衬底上膜的厚度在5～9μm之间；2)在所述衬底上直接揭下利用磁控溅射方法镀得的金属或合金膜，然后冲出直径为3mm的圆片；3)将所述圆片进行双喷减薄或者离子减薄制得电镜观察用的样品。
2.按照权利要求1透射电镜用薄膜样品的制备方法，其特征在于所述步骤a)之前，将衬底分别经过丙酮、酒精超声清洗去油后，放置在肥皂水中，浸泡1～5分钟的时间，然后取出风干，使得其表面均匀的涂有一层肥皂膜。
3.按照权利1所述透射电镜用薄膜样品的制备方法，其特征在于所述步骤2)采用将镀好的膜用蒸馏水浸泡使膜自动与衬底剥离，然后用冲样机制得直径为3mm的圆片。
4.按照权利1所述透射电镜用薄膜样品的制备方法，其特征在于所述衬底采用金属衬底中的钼、不锈钢、铜或镍衬底；或者采用非金属衬底中的玻璃或单晶硅衬底。
5.按照权利1所述透射电镜用薄膜样品的制备方法，其特征在于所述靶材质为钛及钛合金、铁及铁合金、铜及铜合金以及锆合金、钼合金、镧合金、镁合金之一。
全文摘要
本发明公开了一种透射电镜用薄膜样品的制备方法，具体步骤为1)利用磁控溅射方法镀制金属或合金膜，磁控溅射以合金靶为负极，衬底为正极，背底真空度2.0～8.0×10
文档编号C23C14/35GK1696334SQ20041002053
公开日2005年11月16日 申请日期2004年5月12日 优先权日2004年5月12日
发明者马爱华, 于洪波, 刘实, 郑华, 张滨, 王隆保 申请人:中国科学院金属研究所