扫描电子显微镜在精密及超精密加工中的应用
扫描电子显微镜基本原理和应用

扫描电子显微镜基本原理和应用扫描电子显微镜(Scanning Electron Microscope,SEM)是一种使用电子束来观察具有丰富细节和高分辨率的样品表面的显微镜。
相对于光学显微镜,SEM具有更高的放大倍数和更好的深度对焦能力,使得研究者能够观察到更详细的样品结构和形貌。
SEM的基本原理是利用高能的电子束与样品相互作用,观察和测量产生的多种信号。
通常,SEM是通过在真空中工作的,这是因为在空气中,电子会与分子发生相互作用,使得电子束损失能量并发生散射,影响成像质量。
在SEM中,电子由阴极发射器产生,并加速到非常高能量,通过一系列的电磁透镜和偏转系统,形成聚焦的电子束。
这束电子通过样品表面扫描,当与样品相互作用时,会产生多种信号,其中包括二次电子(SE)、反射电子(RE)、吸收电子(AE)和散射电子(BE)等。
二次电子是从样品表面脱离的电子,其数量受样品表面形貌和成分的影响。
二次电子信号特别适用于观察样品表面的形态和拓扑结构。
反射电子是从样品表面反射出来的电子,通过测量反射电子的能量和角度,可以得到有关样品的晶体结构信息。
吸收电子是由于样品中的原子吸收电子束能量而产生的,可以提供有关样品的化学成分信息。
散射电子是被样品散射的电子,通过测量散射电子的能量和角度,可以得到有关样品的电子结构和元素分布的信息。
SEM可以应用于多个领域,具有广泛的应用前景。
在材料科学中,SEM可以用于观察和分析材料的晶体结构、表面形貌和缺陷等,帮助研究者了解材料的结构与性能之间的关系。
在生命科学中,SEM可以用来观察和研究生物样品的微观结构,包括细胞、细胞器和微生物等,可以揭示细胞的形态、亚细胞结构和细胞间相互作用等。
在地质学和矿物学中,SEM 可以用于观察和鉴定岩石和矿物样品的组成、晶体结构和矿物形态等。
除此之外,SEM还被应用于纳米技术、电子元器件制造、表面化学等领域。
总之,扫描电子显微镜利用电子束与样品相互作用来观察并测量样品表面的多种信号,具有高分辨率和丰富细节的优势。
纳米材料表征技术中的扫描电子显微镜原理与应用

纳米材料表征技术中的扫描电子显微镜原理与应用扫描电子显微镜(Scanning Electron Microscopy,SEM)是一种常用于纳米材料表征的重要工具。
它通过利用电子束与样品表面相互作用的原理,可以提供高分辨率的图像和丰富的表征信息。
本文将介绍扫描电子显微镜的原理以及其在纳米材料研究中的应用。
一、扫描电子显微镜的原理扫描电子显微镜的工作原理基于电子束与样品之间的相互作用,主要包括以下几个步骤:1. 发射电子:扫描电子显微镜通过加热阴极或直接施加高电压,使阴极表面发射出高能电子。
2. 加速电子:发射的电子经过一系列电场加速,使其获得足够高的能量。
3. 聚焦电子束:通过利用电场和磁场的作用,将电子束聚焦成细且稳定的形状。
4. 扫描电子束:电子束被扫描到样品表面,并与样品原子、分子之间相互作用。
5. 接收和检测:根据与样品表面相互作用的电子的信号,通过不同的检测器获取和记录信息。
二、扫描电子显微镜的应用扫描电子显微镜在纳米材料研究中有广泛的应用。
以下将分别介绍其在晶体结构表征、表面形貌观察和成分分析方面的应用。
1. 晶体结构表征:通过扫描电子显微镜的高分辨率成像能力,可以观察纳米材料的晶体结构和晶格缺陷。
例如,可以通过扫描电子显微镜观察到纳米颗粒的晶界、孪生界和错位。
2. 表面形貌观察:扫描电子显微镜可以提供纳米级别的表面形貌观察,可以直观地观察到纳米材料的形貌、形貌分布和表面结构特征。
例如,可以通过扫描电子显微镜观察到纳米材料的粗糙度、凹坑、孔洞等。
3. 成分分析:扫描电子显微镜还可以结合能谱仪或X射线能谱仪,进行元素成分分析。
通过测量样品表面反射或散射的X射线能谱,可以获取样品的成分信息。
这对于纳米材料的成分分析和相变研究非常有帮助。
除了上述应用之外,扫描电子显微镜还可以用于纳米材料的电子束曝光和纳米加工等领域。
例如,可以利用扫描电子显微镜的电子束对纳米材料进行纳米加工、纳米线的铺设等,开展纳米器件的研究。
扫描电子显微镜技术研究及其应用

扫描电子显微镜技术研究及其应用作为一种重要的微观物体表面成像技术,扫描电子显微镜技术在各个领域都得到了广泛的应用。
本文将对扫描电子显微镜技术的原理和应用进行介绍。
一、扫描电子显微镜技术原理1. 原理概述扫描电子显微镜技术是通过以电子束为探针,在物体表面进行扫描,利用扫描反射电子显微镜或扫描透射电子显微镜的原理,根据电子与样品相互作用产生的各种信号,重建样品表面的显微结构和化学组成的一种高性能的显微成像技术。
2. 基本原理扫描电子显微镜技术是使用一束电子束对表面样品进行扫描,从而获得高分辨率图像的一种技术。
在扫描过程中,电子束从扫描线的端点上发射出去,扫描到样品的表面,电子束通过样品的表面和各种局部区域,与物体表面上的原子或分子相互作用,会产生大量的反向散射电子,经过多种复杂的反应和多个探测器的探测,最终生成这些反应的电子的像素坐标,就可以获取图像信息。
二、扫描电子显微镜技术应用1. 生物医学扫描电子显微镜技术在生物医学领域中被广泛应用,用于对各种生物样品的特征和分子结构进行研究,如对细胞、细胞器、分子等的研究。
应用扫描电子显微镜技术在医学上已经可以对生物体细胞的结构和分子及其空间的惯性进行观察和分析,拍摄出来的细胞图像可以帮助医生诊断疾病,实现更为完善的治疗决策。
2. 材料科学扫描电子显微镜技术在材料科学领域中被广泛应用,用于研究新材料的结构和特性,如纳米材料、功能材料、晶体材料等。
扫描电子显微镜技术可以更加深入地研究显微结构和成分,例如,扫描透射电子显微镜技术可以研究纳米级别的材料,通过对样品的高清晰显微结构的探测,实现微观级别的成像和分析。
3. 地质科学扫描电子显微镜技术在地质科学领域中被广泛应用,用于矿物、岩石、沉积物、水和大气等样品的分析。
扫描电子显微镜技术可以检测细微结构的变化和成分的差异,利用扫描电子显微镜技术还可以观察岩石、矿物和石油的微观形态,分析化学成分和微观结构,对地球内部的地质相关现象进行研究。
扫描电子显微镜(SEM)的应用

扫描电子显微镜的应用1. 扫描电子显微镜概述将电子束会聚成很小的探针在试样表面扫描,同时接收从试样表面发出的二次电子等信息,获得与入射电子探针位置同步的二维图像,这样的电子显微镜就称为扫描电子显微镜(SEM scanning electron microscope),这种观察方法扫描电子显微方法(scanning electron microscopy)。
现在SEM大都与能谱(EDS)组合,可以进行成分分析。
图1扫描电子显微镜成像示意图扫描电子显微镜主要特点:(1)分辨能力较高,可达100Å以下。
(2)放大倍数连续调节的范围大(20至200000倍),而且在高放大倍数下能够得到亮度较大的清晰图像。
则有效放大率40000倍,如果选择高于40000倍的放大倍率,不会增加图像细节,只是虚放。
(3)景深大,视野大,图像具有立体感。
景深大的图像立体感强,对粗糙不平的断口样品观察需要大景深的SEM。
长工作距离、小物镜光阑、低放大倍率能得到大景深图像。
一般情况下,SEM景深比透射电镜TEM大10倍,比光学显微镜大100倍。
(4)试样制备简单。
样品通常不需要作任何处理即可以直接进行观察,所以不会由于制样原因而产生假象。
这对断口的失效分析很重要。
(5)可在同一试样上进行形貌观察、微区成分分析和晶体学分析。
现在许多SEM具有图像处理和图像分析功能。
有的SEM加入附件后,能进行加热、冷却、拉伸及弯曲等动态过程的观察。
2. 扫描电子显微镜的功能(1)形貌分析:观察各种材料试样的微观形貌。
(2)结构分析:观察各种材料试样的晶粒、晶界及其相互关系。
(3)断口分析:确定金属材料的断裂性质。
(4)晶粒度分析:确定试样的晶粒尺寸、晶粒度。
(5)定性分析:确定试验中可检测的元素名称。
(6)定量分析:确定试验中可检测的元素含量。
(7)线扫描:确定某元素在试样表面某条直线上的浓度变化。
(8)面分布:确定某元素在试样表面一定面积内的浓度变化。
扫描电子显微镜技术的原理与应用

扫描电子显微镜技术的原理与应用扫描电子显微镜(Scanning Electron Microscope,SEM)是一种广泛使用的高分辨率显微镜。
它可以在微观尺度下观察样品的表面形貌和组织结构,其像素大小可达纳米级别,比光学显微镜要好得多。
在本文中,我们将讨论扫描电子显微镜的原理和应用。
一、扫描电子显微镜的原理扫描电子显微镜的原理是使用电子束照射样品,并收集经过样品散射、反射和透射的电子,最终通过电子束与样品交互所产生的信号来生成影像。
1. 电子束的产生和聚焦扫描电子显微镜使用了与电视图像管类似的电子枪来产生电子束。
一个电子枪由阴极、阳极和聚焦环组成。
通过加热阴极,可以产生电子。
这些电子被聚焦环聚集在一起,形成电子束。
2. 样品的制备和载台在扫描电子显微镜中,样品必须制备成非导体或半导体,并且必须被涂上一层导电性物质。
常规的样品制备方法包括金属涂覆、碳涂覆、抛光、薄切片和冷冻切片。
载台是样品固定的地方,通常是由钨或钛制成的。
样品可以通过细长的悬臂臂支撑在载台上,这样可以将样品从离子束或电子束中保护起来。
3. 电子束与样品的交互电子束照射样品后,会与样品的原子和分子产生相互作用。
这些相互作用包括散射、反射和透射。
在样品表面的电子被电子束激发后,它们将从样品中排出,并输送到探测器上。
探测器可以检测到不同能量的电子和不同角度的电子。
这些电子将用于产生显微镜的影像。
4. 影像生成影像的生成从原始信号开始。
原始信号是由样品反射、透射和散射的电子产生的,以及电子束与样品相互作用所产生的次级电子。
次级电子是由于电子束与样品表面相互作用而产生的电子。
次级电子通常与样品表面形貌相关,因此可以用来产生高分辨率的图像。
扫描电子显微镜的成像具有非常高的空间分辨率,可达到亚纳米级别。
它还可以生成非常清晰的表面拓扑图像和物质中各种粒子的组织结构。
二、扫描电子显微镜的应用扫描电子显微镜已广泛应用于各种领域的研究,如材料科学、生物学、地球化学、环境科学、药学、半导体工业、纳米技术等。
电子显微镜的原理与应用

电子显微镜的原理与应用电子显微镜(Electron Microscope)是一种基于电子束原理的先进显微技术,其原理和应用领域广泛且具有重要意义。
本文将对电子显微镜的原理与应用进行讨论,探究其在科学研究、工业制造等领域的重要性和效果。
一、电子显微镜的原理电子显微镜的工作原理是利用电子束来替代光束,这样可以克服普通光学显微镜的分辨率限制。
电子束的波长要比可见光短得多,从而极大地提高了显微镜的分辨率。
电子显微镜主要包括电子光源、样品支持系统、探测系统和影像处理系统。
1. 电子光源电子光源是电子显微镜最重要的组成部分,通常采用热阴极电子枪。
在电子枪内部,电热阴极加热产生电子,并通过高电压加速,形成高速的电子束。
2. 样品支持系统样品支持系统用于固定和定位待观察的样品,通常使用金属或碳薄膜作为基底。
样品支持系统需要在真空环境下进行,以防止电子束的散射和衰减。
3. 探测系统探测系统主要包括透射电子显微镜(TEM)和扫描电子显微镜(SEM)。
透射电子显微镜通过样品内部的透射电子进行成像,可以观察到物质的原子结构。
扫描电子显微镜则通过扫描电子束在样品表面的反射产生图像。
4. 影像处理系统影像处理系统用于处理电子显微镜所获得的图像,提取和增强所需信息。
常见的处理方法包括滤波、增强、对比度调整等。
二、电子显微镜的应用电子显微镜在各个领域都有广泛的应用,尤其在材料科学、生命科学和纳米技术等领域表现出色。
1. 材料科学电子显微镜可以观察材料的微观结构和组成,帮助研究人员理解材料的性质和行为。
特别是在纳米材料研究中,电子显微镜能够观察到纳米尺度的结构,对纳米材料的合成和性能研究起到关键作用。
2. 生命科学电子显微镜对于生命科学领域的研究也具有重要价值。
透射电子显微镜可以观察到生物分子和细胞内部的结构,帮助科学家了解细胞的功能和机制。
扫描电子显微镜可以用于观察生物表面的形态和结构,并提供更高分辨率的图像。
3. 纳米技术随着纳米技术的发展,电子显微镜在纳米加工和纳米制备领域起到了关键作用。
扫描电子显微镜在材料科学中的广泛应用

扫描电子显微镜在材料科学中的广泛应用随着科技的不断进步,扫描电子显微镜(Scanning Electron Microscope,SEM)作为一种高分辨率的显微镜技术,在材料科学领域中得到了广泛的应用。
它通过使用电子束来探测和成像材料的表面,能够提供非常详细的微观结构和化学成分信息。
本文将重点介绍扫描电子显微镜在材料科学中的广泛应用,包括其在材料分析、纳米尺度观测和表面形貌分析方面的作用。
首先,扫描电子显微镜在材料分析方面发挥了重要作用。
它可以被用于分析材料的成分和化学组成。
通过能量色散X射线光谱(Energy Dispersive X-ray Spectroscopy,EDS)技术,扫描电子显微镜能够检测并定量分析样品表面的元素组成。
这对于材料科学家而言是非常重要的,能够帮助他们了解材料的化学组成,从而优化材料的性能和制备过程。
其次,扫描电子显微镜在纳米尺度观测方面也具备巨大的优势。
传统的光学显微镜在观察样品时存在分辨率有限的问题,无法观察到细微的细节。
而SEM能够以非常高的分辨率来观察材料的表面和内部结构。
通过使用电子束来成像,它能够显示出非常细小的特征,如晶粒、孔隙和纳米颗粒等。
这对于研究纳米材料、纳米器件以及观察生物细胞和微生物等都具有重要意义。
此外,扫描电子显微镜在材料的表面形貌分析方面也发挥着关键作用。
材料的表面形貌信息对于理解材料的性能和功能至关重要。
SEM技术能够提供样品表面的三维形貌和其微观结构。
通过使用扫描探针技术,可以获得表面的粗糙度、薄膜厚度以及各种形状和尺寸的微观结构的表征。
这对于评估材料的质量和功能以及研究表面改性和加工工艺都具有重要的指导意义。
除了上述的应用以外,扫描电子显微镜还有许多其他的应用方向。
例如,它能够用来观察材料的断裂和疲劳行为,以及材料的电子结构和电子输运性质等。
扫描电子显微镜技术还可以与其他分析方法结合使用,如扫描探针显微镜(Scanning Probe Microscopy,SPM)和拉曼光谱等,来实现更全面的材料分析。
扫描电子显微镜的原理和应用

扫描电子显微镜的原理和应用扫描电子显微镜是一种利用电子束扫描样品表面并对扫描到的电子信号进行成像的高分辨率显微镜。
与光学显微镜不同,扫描电子显微镜利用电子束通过透镜和场控制技术非常高效地聚焦并成像,以获得超高分辨率的成像效果,以及大量的表面和物质信息。
扫描电子显微镜的原理扫描电子显微镜的核心是电子光源,它利用热发射、光电发射或场致发射等方式产生的电子束,经过一系列的焦距透镜、偏转线圈、探针控制和信号采集系统组成。
扫描电子显微镜的成像原理和传统光学显微镜略有不同。
它不是通过透镜去聚焦光线来成像,而是通过利用电子作用在样品表面的电磁场和电子-物质相互作用来实现的。
扫描电子显微镜利用电子束在样品表面扫描出一个小点,由电子-物质相互作用产生的电子信号被收集并转化成电子图像数据,然后利用计算机对数据进行图像处理,形成高分辨率的显微成像,以及其它相关物化信息。
扫描电子显微镜的应用扫描电子显微镜因其超高分辨率和强大的化学和物理分析功能而广泛应用于许多领域。
在材料科学领域,扫描电子显微镜广泛用于各种材料的表面和微结构分析,包括晶体结构、颗粒形貌、纳米结构、原子局部构型等。
其中,扫描透射电子显微镜(STEM)可以提供比常规扫描电子显微镜更高的结构分辨率,可用于对材料和生物样品的超高分辨率成像和分析。
在生物科学领域,扫描电子显微镜广泛应用于生物样品的形态与结构分析,如细胞器、膜结构、细胞外矩阵等。
同时,扫描电子显微镜也被用于对代谢过程和细胞凋亡等重要生物过程的研究。
在微电子制造和半导体工业中,扫描电子显微镜用于分析芯片表面的纳米结构和性能,以及其他半导体材料和器件的研究和开发。
在环境科学领域,扫描电子显微镜可用于分析环境污染物的化学成分和形态,如粉尘、气溶胶、烟尘等,有助于研究它们的来源、形成机制和生物毒性。
结论扫描电子显微镜是一种高分辨率的显微镜技术,具有广泛的应用前景和重要的科学意义。
不仅能够提高我们对材料、生物样品、半导体和环境的理解,而且也在未来的许多领域中发挥着重要的作用。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性,平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益,请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间:9:00-18:30)。
现代理化分析读书报告
------扫描电子显微镜在精密及超精密加工中的应用
一、前言
通过现代理化分析这门课,我学到了很多理论知识,受益匪浅。
这些理论知识和我所在研究方向—精密及超密超精密加工有着紧密的联系,可以直接指导我今后的学习与研究,也就是能够做到很好的学以致用,以下我就结合现代理化分析中的扫描电镜在精密及超精密加工中的应用来总结一下学习感想。
文章分为三个部分,首先是介绍扫描电子显微镜,其次是介绍精密与超精密加工,最后是介绍前者在后者中的具体应用。
二、扫描电子显微镜
1.扫描电子显微镜的工作原理
扫描电子显微镜(scanning electron microscope)又简称SEM, 是依靠电子与物质的相互作用成像,得到物体表面放大后的图像。
扫描电镜工作时会用极狭窄的电子束去扫描样品,当一束高能的入射电子轰击物质表面时,被激发的区域将产生二次电子、俄歇电子、特征x射线和连续谱X射线、背散射电子、透射电子,以及在可见、紫外、红外光区域产生的电磁辐射,其中主要是样品的二次电子发射。
二次电子能够产生样品表面放大的形貌像,这个像是在样品被扫描时按时序建立起来的,即使用逐点成像的方法获得放大像。
2.扫描电子显微镜的组成部分
扫描电子显微镜由三大部分组成:真空系统,电子束系统以及成像系统。
每个部分都有其相应的作用。
1) 真空系统
真空系统主要包括真空泵和真空柱两部分。
其中真空柱是一个密封的柱形容器,而真空泵用来在真空柱内产生真空。
真空泵有机械泵、油扩散泵以及涡轮分子泵三大类,机械泵加油扩散泵的组合可以满足配置钨枪的SEM的真空要求,但对于装置了场致发射枪或六硼化镧枪的SEM,则需要机械泵加涡轮分子泵的组合。
成像系统和电子束系统均内置在真空柱中。
真空柱底端即为密封室,用于放置样品。
之所以要用真空,主要基于以下两点原因:电子束系统中的灯丝在普通大气中会迅速氧化而失效,所以除了在使用SEM时需要用真空以外,平时还需要以纯氮气或惰性气体充满整个真空柱。
2)电子束系统
电子束系统由电子枪和电磁透镜两部分组成,主要用于产生一束能量分布极窄的、电子能量确定的电子束用以扫描成像。
电子枪用于产生电子,主要有两大类,共三种。
一类是利用场致发射效应产生电子,称为场致发射电子枪。
这种电子枪极其昂贵,在十万美元以上,且需要极高真空。
另一类则是利用热发射效应产生电子,有钨枪和六硼化镧枪两种。
热发射电子需要电磁透镜来成束,所以在用热发射电子枪的SEM上,电磁透镜必不可少。
通常会装配两组汇聚透镜:顾名思义,汇聚透镜用汇聚电子束,装配在真空柱中,位于电子枪之下。
通常不止一个,并有一组汇聚光圈与之相配。
但汇聚透镜仅仅用于汇聚电子束,与成像会焦无关。
物镜为真空柱中最下方的一个电磁透镜,它负责将电子束的焦点汇聚到样品表面。
3)成像系统
电子经过一系列电磁透镜成束后,打到样品上与样品相互作用,会产生次级电子、背散射电子、欧革电子以及X射线等一系列信号。
所以需要不同的探测器譬如次级电子探测器、X射线能谱分析仪等来区分这些信号以获得所需要的信息。
虽然X射线信号不能用于成像,但习惯上,仍然将X射线分析系统划分到成像系统中。
3.扫描电子显微镜的优势
与传统的光学显微镜相比,扫描电子显微镜由于其全新的成像原理,从而拥有了传统光学显微镜所不具备的优势,主要有:
1、能够直接观察大样品表面的结构,样品的尺寸可大至120mm×80mm×50mm。
对试样的形状没有任何限制, 粗糙表面也能观察, 这便免除了制备样品的麻烦, 而且能真实观察试样本身物质成分不同的衬度。
2、观察厚试样。
其在观察厚试样时, 能得到高的分辨率和最真实的形貌。
扫描电子显微的分辨率介于光学显微镜和透射电子显微镜之间。
样品制备过程简单,不用切成薄片。
3、样品可以在样品室中作三度空间的平移和旋转,因此,可以从各种角度对样品进行观察。
扫描电子显微镜由于工作距离大( 可大于20 mm) , 焦深大( 比透射电子显微镜大10倍), 样品室的空间也大, 因此, 可以让试样在三度空间内有6个自由度运动( 即三度空间平移,三度空间旋转) , 且可动范围大, 这对观察不规则形状试样的各个区域细节带来极大的方便。
4、景深大,图像富有立体感。
扫描电镜的景深较光学显微镜大几百倍,比透射电镜大几十倍。
扫描电子显微镜的焦深比透射电子显微镜大10倍, 比光学显微镜大几百倍。
由于图象景深大, 故所得扫描电子象富有立体感, 具有三维形态, 能够提供比其他显微镜多得多的信息, 这个特点对使用者很有价值。
5、图像的放大范围广,分辨率也比较高。
可放大十几倍到几十万倍,它基本上包括了从放大镜、光学显微镜直到透射电镜的放大范围。
分辨率介于光学显微镜与透射电镜之间,可达3nm。
6、电子束对样品的损伤与污染程度较小。
7、在观察形貌的同时,还可利用从样品发出的其他信号作微区成分分析。
扫描电镜最初被应用于细胞生物学,随着扫描电镜的不断发展,已被广泛应用于生物、医学、材料、机械等社会各个行业。
三、精密及超精密加工
精密及超精密加工并不特指某一种加工技术,它指的是达到一定精度标准的先进制造技术的总称,比如精密切削技术,精密研磨抛光技术等等。
超精密加工技术是提高机电产品性能、质量、工作寿命和可靠性,以及节材节能的重要途径。
比如提高汽缸和活塞的加工精度,就可提高汽车发动机的效率和马力,减少油耗;提高滚动轴承的滚动体和滚道的加工精度,就可提高轴承的转速,减少振动和噪声;提高磁盘加工的平面度,从而减少它与磁头间的间隙,就可大大提高磁盘的存储量;提高半导体器件的刻线精度(减少线宽,增加密度)就可提高微电子芯片的集成度。
目前工业发达国家的一般工厂已能稳定掌握3 μm的加工精度(我国为5 μm)。
精密及超精密加工的加工精度没有特定的衡量标准,通常称低于3 μm 精度的加工为普通精度加工,而高于3 μm加工精度的加工则你之为高精度加工。
精密、超精密技术在我国的应用已不再局限于国防尖端和航空航天等少数部门,它已扩展到了国民经济的许多领域,应用规模也有较大增长。
美国、英国、日本、德国、荷兰等发达国家的精密、超精密加工技术居世界前列。
这方面的技术不仅用于军事部门,也大量用于民品的生产。
笔者所在课题组的具体研究方向是精密与超精密加工中的精密抛光。
抛光是指利用机械、化学或电化学的作用,使工件表面粗糙度降低,以获得光亮、平整表面的加工方法。
在抛光过程中,利用柔性抛光工具和磨料颗粒或其他抛光介质对工件表面进行的修饰加工。
抛光不能提高工件的尺寸精度或几何形状精度,而是以得到光滑表面或镜面光泽为目的,有时也用以消除光泽。
抛光主要分为化学抛光、机械抛光以及化学机械抛光(CMP)。
顾名思义,化学抛光就是主要利用抛光液与工件本身的化学作用实现对工件表面的修整使其达到相应的粗糙度和去除量,机械抛光就是指主要利用抛光垫本身对于工件表面的物理去除实现对工件表面的修整,而CMP则是指抛光过程中包含了化学和机械两种作用形式。
笔者所在课题组的研究方向为化学机械抛光。
四、SEM在精密及超精密加工中的具体应用
扫描电子显微镜是一种多功能的仪器, 具有很多优越的性能, 它可以对被测物体进行如下基本分析:1、三维形貌的观察和分析;2、在观察形貌的同时, 进行微区的成分分析。
由于SEM的这些特点,它被广泛应用与精密及超精密加工中。
SEM在纳米材料加工中的应用。
纳米材料就是指组成材料的颗粒或微晶尺寸在0. 1~100 nm 范围内, 在保持表面洁净的条件下加压成型而得到的固体材料。
纳米材料具有许多与晶态、非晶态不同的、独特的物理化学性质,纳米材料有着广阔的发展前景,因而对纳米材料的加工也是精密及超精密加工的重点研究方向,SEM的一个重要特点就是具有很高的分辨率, 被广泛用于观察纳米材料的结构和形状,所以在对于纳米材料的精密加工过程中,SEM被经常用到加工过程和检验过程中去。
SEM在笔者所在课题组研究方向中的应用。
本课题组精细研磨抛光具体方向为化学机械抛光(CMP),主要的研究就集中于自制的光固化亲水性固结磨料抛光垫性能的不断测试与改进,用于测试的工件为K9玻璃与硅片。
为了考察抛光垫抛光性能,就必须获得K9玻璃与硅片在抛光后的表面图像,而这就必须通过SEM实现。
具体以硅片为例,首先使试样的尺寸符合仪器规定,然后用双面胶带将硅片粘在载物盘上,再用导电银浆连通硅片与载物盘(以确保导电良好),等
银浆干了之后就可放到扫描电镜中直接进行观察,获取硅片抛光后的表面图像,分析硅片的表面粗糙度和微结构,从而分析抛光垫性能。