上圖是瑞士攝影師馬丁-奧格里利 ( Martin Oeggerli ) 通過(guò)掃描電子顯微鏡SEM拍攝的花粉照片，是不是很炫酷？但并非所有樣品通過(guò)SEM，都能得到上圖中直觀驚艷的照片，更多樣品需要經(jīng)過(guò)預(yù)處理后方可充分展示。

GDS就是對(duì)樣品進(jìn)行預(yù)處理，將觀測(cè)的界面更好展示出來(lái)的利器。

通過(guò)氬氣等離子體持續(xù)轟擊樣品表面、濺射出樣品離子后再進(jìn)行分析的方法，GDS可以輕松替SEM剝蝕樣品，供SEM進(jìn)行觀測(cè)。那與其他可用的剝蝕方法相比，GDS在樣品制備與表征上有哪些優(yōu)勢(shì)呢？讓我們一起來(lái)看看。

GDS通過(guò)控制濺射時(shí)間，能地獲得不同深度和清晰度的界面，將任意深度的包埋層地展現(xiàn)出來(lái)，供SEM分析。

上圖是銅表面的元素深度剖析圖。銅的表面覆蓋一層硫脲，硫脲分子通過(guò)硫端吸附到銅表面，C-S鍵垂直于金屬表面。這個(gè)吸附層在深度剖面上以窄峰的形式清晰地顯示在銅基體上方，包括碳、氫、氮和硫。

從右圖我們還可以看到，峰的位置按照吸附在銅基體上的硫脲分子的方向順序被分離和定位。

在掃描電鏡中，必須控制濺射深度，GDS這種在原子尺度深度的分辨率，使這種精細(xì)的分析得以實(shí)現(xiàn)。

GDS使用的是能力很低（低于50eV）但電流密度很高（~100mA cm-2）的氬氣等離子體。氬離子的高電流密度能確保高速濺射，濺射速率每分鐘達(dá)到1-10μm，整個(gè)樣品的處理時(shí)間短，包括濺射在內(nèi)往往幾秒至幾分鐘就能搞定，相比于以往費(fèi)時(shí)費(fèi)力的機(jī)械拋光、化學(xué)拋光、電化學(xué)拋光、超薄切片等制備方法，不知道快了多少倍。

比如為了獲得高質(zhì)量的表面，通常會(huì)用膠態(tài)二氧化硅懸浮液對(duì)樣品進(jìn)行拋光，來(lái)去除受損的表面區(qū)域。但是這種方法的拋光率非常低（僅為每分鐘幾納米），因此對(duì)于延伸幾百納米的區(qū)域來(lái)說(shuō)，需要數(shù)小時(shí)甚至一天的時(shí)間。而通過(guò)GDS濺射，可以在幾十秒內(nèi)去除大多數(shù)材料的受損表面區(qū)域。

另外，GDS還有一個(gè)特點(diǎn)就是它是靠氬離子去撞擊樣品，通過(guò)濺射方法移除樣品表面的材料，是對(duì)樣品粒子一層層的剝蝕。此外，由于差動(dòng)濺射效應(yīng)，GDS能夠在不同材料的分界處產(chǎn)生清晰的界面，這對(duì)于觀測(cè)樣品的表面形貌非常重要。

而傳統(tǒng)的機(jī)械拋光，靠的是細(xì)小的拋光粉的磨削、滾壓，在對(duì)樣品表面磨削的過(guò)程中勢(shì)必會(huì)將凸起的花紋也一并磨掉，只留下光禿禿的平滑面。

Show一個(gè)簡(jiǎn)單的比較圖，讓大家更直觀的感受一下：

（a）是機(jī)械拋光獲得的結(jié)果，（b）是GDS剝蝕3S后獲得的結(jié)果

（a）圖中是機(jī)械拋光獲得的結(jié)果，我們看到樣品表面的紋理被磨掉了；

（b）圖是GDS剝蝕處理后的結(jié)果，樣品表面的花紋和結(jié)構(gòu)保存的很好，我們可以看到表面的精細(xì)結(jié)構(gòu)。

我們?cè)賮?lái)看一個(gè)例子：

通過(guò)超薄切片處理過(guò)的鍍鋅鋼的橫截面

（a）圖是通過(guò)超薄切片技術(shù)制備的整個(gè)鍍鋅鋼樣品的SEM圖像；

（b）圖是通過(guò)超薄切片技術(shù)制備的鍍鋅鋼樣品中，鋅/鋼界面的SEM圖，可以看到表面有嚴(yán)重的刮痕；

（c）圖是對(duì)（b）進(jìn)行GDS濺射10秒后，鋅/鋼界面的SEM圖片，可以看到而GDS制備的樣品消除了刮痕，保留了樣品的形貌。

GDS除了可以為掃描電鏡制備樣品外，還可以聯(lián)合SEM全面表征樣品。下面是同一個(gè)樣品：AlCrN/TiN/AlCrN/TiN/Fe使用SEM和GDS分別測(cè)試的結(jié)果。

• SEM提供了樣品橫截面的結(jié)構(gòu)：根據(jù)顏色的深淺，可以了解到樣品包含4個(gè)鍍層，圖中詳細(xì)標(biāo)注了不同鍍層的厚度；

• GDS則展示了樣品中各元素從表面到鐵基體，不同深度處的含量分布。

兩個(gè)結(jié)果有交疊的信息也有截然不同的信息，更加全面立體地展示了樣品的結(jié)構(gòu)信息和含量分布。

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