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探索電子束誘導沉積的神秘：如何在真空環境中控制材料的化學組成？
電子束誘導沉積（EBID）是一項透過電子束分解氣體分子，將非揮發性碎片沉積在附近基底上的過程。這一技術常利用掃描電子顯微鏡（SEM）的聚焦電子束來實現，擁有高達一納米的空間準確性，能夠製造自由懸浮的三維結構。這種創新技術將材料科學的邊界擴展到了前所未有的層面。
在這一過程中，聚焦的電子束通常由掃描電子顯微鏡或掃描透射電子顯微鏡提供，另一種方法是使用離子束誘導沉積（IBID），不過它使用的是聚焦的離子束。前驅材料通常為液體或固體，並在沉積前通過氣化處理，通過蒸發或升華的方式引入高真空環境的電子顯微鏡內。
在沉積的過程中，電子束在基底上掃描，這樣一來便能夠將材料沉積至特定區域，這一過程通常由計算機控制。
這些前驅物質的沉積速率受多種處理參數影響，比如前驅氣體的部分壓力、基底溫度、電子束的參數及施加的電流密度等。通過這些方法，沉積速率通常可以達到每秒約十納米。
沉積機制與空間解析度
在電子束誘導沉積過程中，SEM或STEM的主要電子能量範圍在10至300 keV之間。在這一範圍內，電子衝擊所引起的反應，如前驅物的分解，相對交叉截面很低，而大多數的分解則是透過低能量電子衝擊完成的。這些低能電子經常能夠穿越基底和真空之間的界面，對總電流密度產生貢獻。
儘管EBID的某些沉積結構小至約0.7納米直徑，但實際沉積的材料結構通常比電子束的光斑尺寸更大，這是由於所謂的接近效應，即次級電子和回散電子的影響。
材料與前驅物
截至2008年，EBID技術能夠沉積的材料種類繁多，包括鋁、金、無定形碳、鑽石、鈷等。可以說，合適的前驅物質（氣體或低升華溫度的固體）的可用性是限制這一技術進一步應用的主要因素。常用的金屬碳基化合物前驅物對於沉積元素固體來說是非常受歡迎的選擇，但由於含有從CO配體中引入的碳原子，沉積物往往展現出較低的金屬含量。
儘管使用金屬氯化物等金屬化合物能夠達到更乾淨的沉積，但這類化合物通常更難操作，因其具備毒性和腐蝕性。
優勢與挑戰
EBID技術的優勢包括其對沉積形狀和組成的極大靈活性，以及所使用電子束的光刻控制。這使得產出材料的側向尺寸及沉積準確度達到了前所未有的境界。此外，沉積後的材料可以運用電子顯微鏡技術進行特徵分析，甚至實施現場電氣和光學表徵。
然而，這一技術的缺點包括序列材料沉積以及整體沉積速率較低，這限制了其大規模生產的可能性。
離子束誘導沉積（IBID）
雖然離子束誘導沉積與EBID相似，但其主要區別在於使用的是聚焦的離子束。這一技術的優勢包括更高的沉積速率與純度，但因為Ga+離子會引入附加污染，並對沉積結構造成輻射損壞，因此其在電子應用上應謹慎使用。
形狀與未來展望
運用計算機控制電子束掃描，幾乎可以沉積任何三維形狀的納米結構，這些結構不僅獨特，甚至可以自由懸浮。當前被實現的形狀及設備中，世界上最小的磁鐵、分形奈米樹以及超導奈米線都展現了這一技術的無限可能。
隨著研究的持續深化，我們將是否能有效克服材料組成調控的挑戰，並推進此技術在電子和其他領域的應用?
