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

GDS就是對樣品進行預處理，將觀測的界面更好展示出來的利器。

通過氬氣等離子體持續轟擊樣品表面、濺射出樣品離子后再進行分析的方法，GDS可以輕松替SEM剝蝕樣品，供SEM進行觀測。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勢呢？讓我們一起來看看。

GDS通過控制濺射時間，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出來，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，硫脲分子通過硫端吸附到銅表面，C-S鍵垂直于金屬表面。這個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，使這種精細的分析得以實現。

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，濺射速率每分鐘達到1-10μm，整個樣品的處理時間短，包括濺射在內往往幾秒至幾分鐘就能搞定，相比于以往費時費力的機械拋光、化學拋光、電化學拋光、超薄切片等制備方法，不知道快了多少倍。

比如為了獲得高質量的表面，通常會用膠態二氧化硅懸浮液對樣品進行拋光，來去除受損的表面區域。但是這種方法的拋光率非常低（僅為每分鐘幾納米），因此對于延伸幾百納米的區域來說，需要數小時甚至一天的時間。而通過GDS濺射，可以在幾十秒內去除大多數材料的受損表面區域。

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

而傳統的機械拋光，靠的是細小的拋光粉的磨削、滾壓，在對樣品表面磨削的過程中勢必會將凸起的花紋也一并磨掉，只留下光禿禿的平滑面。

Show一個簡單的比較圖，讓大家更直觀的感受一下：

（a）是機械拋光獲得的結果，（b）是GDS剝蝕3S后獲得的結果

（a）圖中是機械拋光獲得的結果，我們看到樣品表面的紋理被磨掉了；

（b）圖是GDS剝蝕處理后的結果，樣品表面的花紋和結構保存的很好，我們可以看到表面的精細結構。

我們再來看一個例子：

通過超薄切片處理過的鍍鋅鋼的橫截面

（a）圖是通過超薄切片技術制備的整個鍍鋅鋼樣品的SEM圖像；

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

（c）圖是對（b）進行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，還可以聯合SEM全面表征樣品。下面是同一個樣品：AlCrN/TiN/AlCrN/TiN/Fe使用SEM和GDS分別測試的結果。

• SEM提供了樣品橫截面的結構：根據顏色的深淺，可以了解到樣品包含4個鍍層，圖中詳細標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。

兩個結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構信息和含量分布。

往期回顧

【GDS微課堂-1】隨Dr.JY掀起GDS神秘面紗

【GDS微課堂-2】七問七答，掌握GDS常用概念

【GDS微課堂-3】GDS解密：如何打造鋼鐵俠的戰衣盔甲?

【GDS微課堂-4】鋰電池研發的“秘密武器”

【GDS微課堂-5】“鋼鐵俠”背后的清潔能源之夢

【GDS微課堂-6】看GDS如何助力“燈廠”奧迪？

>>>>    HORIBA Optical School

HORIBA一直致力于為用戶普及光譜基礎知識，旗下的JobinYvon更有著200年的光學、光譜經驗，HORIBA非常樂意與大家分享這些經驗，為此特創立Optical School（光譜學院）。無論是剛接觸光譜的學生，還是希望有所建樹的研究者，都能在這里找到適合的資料及課程。 

HORIBA希望通過這種分享方式，使您對光學及光譜技術有更系統、全面的了解，不斷提高儀器使用水平，解決應用中的問題，進而提升科研水平，更好地探索未知世界。