中國粉體網(wǎng)訊  同金屬材料相比，先進陶瓷材料具備突出的物理化學性能，從而在半導體領(lǐng)域中無論是作為集成電路基板還是半導體設(shè)備精密陶瓷部件，亦或是作為高頻器件的芯片材料，均有著極為重要的應用。

陶瓷材料在半導體的地位如此重要，相應的，一旦其出現(xiàn)質(zhì)量問便無法保證設(shè)備或器件的正常工作，這對生產(chǎn)成本較高的半導體產(chǎn)業(yè)來說是十分致命的，故保證其質(zhì)量的可靠性便十分關(guān)鍵。陶瓷的生產(chǎn)過程中存在著制作工藝多樣、制作步驟繁復等因素的影響，不可避免地在材料內(nèi)部會存留缺陷，這對材料質(zhì)量的穩(wěn)定性以及使用的可靠性都造成了不可忽視的影響。所以，除了保證正確的工藝路線外，對原材料及成品進行檢測也十分必要。

掃描電子顯微鏡工作原理

在眾多檢測分析設(shè)備中，掃描電子顯微鏡不但可用于觀察固體表面的形貌，還能與X射線衍射儀或電子能譜儀相結(jié)合，構(gòu)成電子微探針，用于物質(zhì)成分分析，在陶瓷檢測分析方面受到重視。其利用電子槍采用真空加熱鎢燈絲，發(fā)生熱電子束，在0.5～30kV的加速電壓下，經(jīng)過電磁透鏡所組成的電子光學系統(tǒng)，電子束會聚極細電子束，并在樣品表面聚焦。末級透鏡上邊裝有掃描線圈，在它的作用下，電子束打到樣品上一點時，在熒光屏上就有一亮點與之對應，其亮度與激發(fā)后的電子能量成正比，掃描電子顯微鏡是采用逐點成像的圖像分解法進行的，光點成像的順序是從左上方開始到右下方，直到最后一行右下方的像元掃描完畢就算完成一幅圖像。

圖片來源：蔡司

掃描電子顯微鏡為陶瓷材料檢測分析提供便利

在顯微結(jié)構(gòu)的分析方面，原始材料及其制品的顯微形貌、孔隙大小、晶界和團聚程度等將決定其最后的性能。掃描電子顯微鏡在其微觀結(jié)構(gòu)分析研究方面同樣顯示出極大的優(yōu)勢。

主要表現(xiàn)為：

(1)力學加載下的微觀動態(tài)(裂紋擴展)研究；

(2)加熱條件下的晶體合成、氣化、聚合反應等研究；

(3)晶體生長機理、生長臺階、缺陷與位錯的研究；

(4)成分的非均勻性、殼芯結(jié)構(gòu)、包裹結(jié)構(gòu)的研究；

(5)晶粒相成分在化學環(huán)境下差異性的研究等。

納米鈦酸鋇陶瓷的掃描電鏡照片

在納米尺寸的研究方面，目前納米材料的應用非常廣泛，比如通常陶瓷材料具有高硬度、耐磨、抗腐蝕等優(yōu)點，納米陶瓷在一定的程度上也可增加韌性、改善脆性等。納米材料的一切獨特性主要源于它的納米尺寸，因此必須首先確切地知道其尺寸。高分辨率的掃描電子顯微鏡在納米級別材料的形貌觀察和尺寸檢測方面因具有簡便、可操作性強的優(yōu)勢被大量采用。

在斷口分析方面，掃描電子顯微鏡的重要特點是景深大，圖像富立體感，具有三維形態(tài)，能夠提供比其他分析手段多得多的信息。掃描電子顯微鏡所顯示的斷口形貌從深層次、高景深的角度呈現(xiàn)材料斷裂的本質(zhì)。在材料斷裂原因的分析、事故原因的分析以及工藝合理性的判定等方面是一個強有力的手段。

掃描電子顯微鏡與其他設(shè)備的組合以實現(xiàn)多種分析功能

在實際分析工作中，往往在獲得形貌放大像后，希望能在同一臺儀器上進行原位化學成分或晶體結(jié)構(gòu)分析，提供包括形貌、成分、晶體結(jié)構(gòu)或位向在內(nèi)的豐富資料，以便能夠更全面、客觀地進行判斷分析。為了適應不同分析目的的要求，在掃描電子顯微鏡上相繼安裝了許多附件，實現(xiàn)了一機多用，成為一種快速、直觀、綜合性分析儀器。把掃描電子顯微鏡應用范圍擴大到各種顯微或微區(qū)分析方面，充分顯示了掃描電鏡的多種性能及廣泛的應用前景。

關(guān)聯(lián)顯微檢測儀器，來源：蔡司

蔡司（zeiss）是一家在光學和光電子領(lǐng)域內(nèi)全球領(lǐng)先的科技集團，致力于開發(fā)、生產(chǎn)和銷售用于工業(yè)測量和質(zhì)量保證的高度創(chuàng)新解決方案，為生命科學和材料研究提供顯微鏡解決方案。zeiss顯微鏡在納米尺度上將微小的結(jié)構(gòu)可視化，同時高效的計量系統(tǒng)保證了工業(yè)的生產(chǎn)力和質(zhì)量。到目前為止，來自世界各地的研究人員使用蔡司的光學、電子/離子和X射線顯微鏡，可以看到甚至是相當小的結(jié)構(gòu)以及過程。

中國粉體網(wǎng)將在山東濟南舉辦第一屆半導體行業(yè)用陶瓷材料技術(shù)研討會，來自蔡司公司的資深應用工程師邱婷婷將帶來題為《ZEISS顯微鏡在半導體陶瓷材料中的應用》的報告。屆時，報告人將在“如何表征并統(tǒng)計分析陶瓷原粉的形貌以及大小”、“如何使用掃描電子顯微鏡以及光學顯微鏡多渠道分析氮化鎵等三代半導體材料的缺陷”以及“結(jié)合Zeiss特色的顯微鏡關(guān)聯(lián)技術(shù)，對材料或器件的失效點進行精準定位分析”等方面進行詳細報告。

報告人簡介

邱婷婷，蔡司RMS部門的資深應用工程師，2017年獲得南京航空航天大學碩士學位，2019年加入卡爾蔡司（上海）管理有限公司，在場發(fā)射電鏡，聚焦離子束顯微鏡方面擁有豐富經(jīng)驗。擁有超過7年的電鏡領(lǐng)域從業(yè)經(jīng)驗，精通材料科學、半導體等不同領(lǐng)域的應用。曾為國內(nèi)超過100多大學、科研機構(gòu)、企業(yè)提供顯微鏡分析解決方案、技術(shù)演示和設(shè)備技術(shù)支持的工作。

參考來源：

[1]鄧湘云等.掃描電子顯微鏡在新型陶瓷材料顯微分析中的應用

[2]王蕾等.掃描電子顯微鏡在無機材料分析中的應用

（中國粉體網(wǎng)編輯整理/山川）

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