中國粉體網(wǎng)訊 同金屬材料相比，先進(jìn)陶瓷材料具備突出的物理化學(xué)性能，從而在半導(dǎo)體領(lǐng)域中無論是作為集成電路基板還是半導(dǎo)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(yīng)用。
陶瓷材料在半導(dǎo)體的地位如此重要，相應(yīng)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(duì)生產(chǎn)成本較高的半導(dǎo)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(fù)等因素的影響，不可避免地在材料內(nèi)部會(huì)存留缺陷，這對(duì)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(duì)原材料及成品進(jìn)行檢測(cè)也十分必要。
掃描電子顯微鏡工作原理
在眾多檢測(cè)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(cè)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(xué)系統(tǒng)，電子束會(huì)聚極細(xì)電子束，并在樣品表面聚焦。末級(jí)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(diǎn)時(shí)，在熒光屏上就有一亮點(diǎn)與之對(duì)應(yīng)，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(diǎn)成像的圖像分解法進(jìn)行的，光點(diǎn)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(cè)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(tuán)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(shì)。
主要表現(xiàn)為：
(1)力學(xué)加載下的微觀動(dòng)態(tài)(裂紋擴(kuò)展)研究；
(2)加熱條件下的晶體合成、氣化、聚合反應(yīng)等研究；
(3)晶體生長機(jī)理、生長臺(tái)階、缺陷與位錯(cuò)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(xué)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(yīng)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(diǎn)，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(dú)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(jí)別材料的形貌觀察和尺寸檢測(cè)方面因具有簡便、可操作性強(qiáng)的優(yōu)勢(shì)被大量采用。
在斷口分析方面，掃描電子顯微鏡的重要特點(diǎn)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(gè)強(qiáng)有力的手段。
掃描電子顯微鏡與其他設(shè)備的組合以實(shí)現(xiàn)多種分析功能
在實(shí)際分析工作中，往往在獲得形貌放大像后，希望能在同一臺(tái)儀器上進(jìn)行原位化學(xué)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(jìn)行判斷分析。為了適應(yīng)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(shí)現(xiàn)了一機(jī)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(yīng)用范圍擴(kuò)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(yīng)用前景。
關(guān)聯(lián)顯微檢測(cè)儀器，來源：蔡司
蔡司（zeiss）是一家在光學(xué)和光電子領(lǐng)域內(nèi)全球領(lǐng)先的科技集團(tuán)，致力于開發(fā)、生產(chǎn)和銷售用于工業(yè)測(cè)量和質(zhì)量保證的高度創(chuàng)新解決方案，為生命科學(xué)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(shí)高效的計(jì)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(xué)、電子/離子和X射線顯微鏡，可以看到甚至是相當(dāng)小的結(jié)構(gòu)以及過程。
中國粉體網(wǎng)將在山東濟(jì)南舉辦第一屆半導(dǎo)體行業(yè)用陶瓷材料技術(shù)研討會(huì)，來自蔡司公司的資深應(yīng)用工程師邱婷婷將帶來題為《ZEISS顯微鏡在半導(dǎo)體陶瓷材料中的應(yīng)用》的報(bào)告。屆時(shí)，報(bào)告人將在“如何表征并統(tǒng)計(jì)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(xué)顯微鏡多渠道分析氮化鎵等三代半導(dǎo)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(duì)材料或器件的失效點(diǎn)進(jìn)行精準(zhǔn)定位分析”等方面進(jìn)行詳細(xì)報(bào)告。
報(bào)告人簡介
邱婷婷，蔡司RMS部門的資深應(yīng)用工程師，2017年獲得南京航空航天大學(xué)碩士學(xué)位，2019年加入卡爾蔡司（上海）管理有限公司，在場(chǎng)發(fā)射電鏡，聚焦離子束顯微鏡方面擁有豐富經(jīng)驗(yàn)。擁有超過7年的電鏡領(lǐng)域從業(yè)經(jīng)驗(yàn)，精通材料科學(xué)、半導(dǎo)體等不同領(lǐng)域的應(yīng)用。曾為國內(nèi)超過100多大學(xué)、科研機(jī)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(yīng)用
[2]王蕾等.掃描電子顯微鏡在無機(jī)材料分析中的應(yīng)用
（中國粉體網(wǎng)編輯整理/山川）
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