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高效制備EBSD的樣品—?dú)咫x子束研磨拋光

來源:廣州領(lǐng)拓儀器科技有限公司   2024年09月19日 11:01  

EBSD技術(shù)可以通過研究晶粒取向關(guān)系、晶界類型、再結(jié)晶晶粒、微織構(gòu)等,反應(yīng)材料在凝固、形變、相變、失效破壞等過程中晶粒是如何形成長(zhǎng)大及晶粒間的取向轉(zhuǎn)換等,可以作為技術(shù)人員提高材料性能的理論依據(jù),目前EBSD技術(shù)廣泛應(yīng)用于金屬、陶瓷、地質(zhì)礦物等領(lǐng)域。EBSD數(shù)據(jù)來自樣品表面下10-50nm厚的區(qū)域,且EBSD樣品檢測(cè)時(shí)需要傾轉(zhuǎn)70°,為避免表面高處區(qū)域遮擋低處的信號(hào),所以要求EBSD樣品表面“新鮮”、清潔、平整、良好的導(dǎo)電性、無應(yīng)力等要求。


      目前比較常用的EBSD制樣方法為機(jī)械拋光、電解拋光、聚焦離子束(FIB)等。目前機(jī)械拋光比較常用的拋光膏硬度較大,雖然粒度可以很小,但是仍會(huì)劃傷表面,不適合硬度較小的材料。其形變應(yīng)力層較大,雖然可以通過化學(xué)侵蝕的方法在一定程度上去除表面形變層,但是對(duì)于多相材料來說,侵蝕速度的不同,會(huì)造成材料表面凹平,同時(shí)侵蝕一定程度上會(huì)加快晶界處的腐蝕速度,降低EBSD的標(biāo)定率,損失了對(duì)于晶界處的研究?jī)r(jià)值,尤其對(duì)晶粒非常細(xì)小的材料,侵蝕會(huì)嚴(yán)重丟失其取向信息。同時(shí)機(jī)械拋光時(shí)需要用水沖洗,容易造成材料氧化,不適用于易氧化的材料。聚焦離子束是利用高電流密度的鎵離子束對(duì)樣品進(jìn)行侵蝕、減薄,雖然其進(jìn)行精確逐層切割,但是鎵離子較重,轟擊到樣品上容易產(chǎn)生較厚的非晶層,尤其對(duì)易于相變的材料,鎵離子轟擊容易使其表面發(fā)生相變,生成第二相,使實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)產(chǎn)生偏差,比如WC-Co硬質(zhì)合金,使用鎵離子轟擊時(shí),Co相從面心立方結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變?yōu)槊芘帕浇Y(jié)構(gòu)。FIB測(cè)試區(qū)域非常小,耗時(shí)非常長(zhǎng),不利于觀察,同時(shí)其價(jià)格非常昂貴。且對(duì)于鋁、鎂等FIB易造成其表面污染,所以不適合對(duì)其應(yīng)用FIB切割。


     氬離子拋光是利用高電流密度的氬離子束對(duì)樣品進(jìn)行轟擊,氬離子相對(duì)鎵離子來說非常輕,產(chǎn)生的應(yīng)力層、非晶層非常薄,可以避免由于制樣方法對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)產(chǎn)生的誤導(dǎo),同時(shí)由于晶格畸變較小,可以提高EBSD的標(biāo)定率,降低標(biāo)定參數(shù),從而有效提高標(biāo)定效率,節(jié)約時(shí)間。


以下是采用徠卡三離子束切割儀制備的EBSD樣品案例來對(duì)此進(jìn)行證明。


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案例1

多層結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體材質(zhì)



步驟1:徠卡 EM TXP將樣品表面磨拋平整,采用9um金剛石砂紙。

步驟2:徠卡EM TIC 3X對(duì)樣品表面進(jìn)行切割,電壓7kv,切割時(shí)間的長(zhǎng)短根據(jù)樣品觀察面的大小。


結(jié)果:

* 每層都能清晰的觀察到

* 焊球的結(jié)構(gòu)清晰可見

* 菊池花樣表明制備出的樣品表面質(zhì)量高


圖片

不同區(qū)域的菊池花樣


圖片


圖片


案例2

銅合金



步驟1:徠卡 EM TXP將樣品表面磨拋平整,采用9um金剛石砂紙。

步驟2:徠卡EM TIC 3X對(duì)樣品表面進(jìn)行切割,電壓7kv,切割時(shí)間根據(jù)樣品觀察面的大小。


結(jié)果:

● 銅合金的晶粒結(jié)構(gòu)可見

● 清晰的菊池花樣可判斷出樣品表面的制備質(zhì)量是非常好的


圖片

晶粒取向分布圖和稱度圖像


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菊池花樣


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銅合金的晶粒結(jié)構(gòu)


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