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EBSD 电子背向散射绕射

Electron Back Scatter Diffraction, EBSD

EBSD是一种利用绕射电子束来鉴别样品结晶学方位的技术,在半导体产业中,经常会利用此种技术来研究材料微观组织。

 

EBSD的探头装置在聚焦离子束显微镜(Focused Ion Beam, FIB)中,样品表面与电子束方向倾斜角度约呈70度,电子束打在样品后,会产生反弹的背向散射电子,在经过表面晶体结构时会产生绕射,形成菊池线与菊池花样;其携带着样品表面晶粒方位的资讯,进入探测器中,借此判断其每一颗晶粒的方向性。

 

在知道样品表面每个位置的绕射状态与每一颗晶粒的方位后,再利用这些资讯去进一步分析晶界(Grain boundary)、晶粒方位(Orientation)、织构(Texture)及应变(Strain)等。此外亦可搭配 EDX 做协同分析,进行相鉴定(Phase identification)与相之分布的分析。

EBSD 应用领域与实例

藉由对样品表面各点的绕射讯号进行分析,EBSD 能够进一步解析下列结构特征:

    • 晶界(Grain Boundary)分析:判定晶粒间界面类型与角度差。

    • 晶粒方位(Orientation):绘制晶粒取向分布图,揭示晶体排列方向。

    • 织构(Texture)分析:了解材料在成形过程中的晶体排列倾向。

    • 应变(Strain)分布:侦测材料内部的应力集中与变形状态。

    • 相鑑定与分布(Phase Identification & Distribution):搭配 EDX 能量散射光谱分析,可辨识不同相的化学组成与分布情形。

 

EBSD 应用领域

EBSD 技术广泛应用于 半导体、电子材料、金属、陶瓷与先进封装 等产业中,尤其在 晶粒组织观察、可靠度失效分析与制程优化 上扮演关键角色。

 EBSD 应用包括:

  • 次结构组织分析(Substructure Analysis)

  • 晶粒尺寸与晶界性质分析(Grain Size / Boundary Characterization)

  • 晶粒取向与织构分析(Grain Orientation & Texture Analysis)

  • 相鑑定与分布分析(Phase Identification & Distribution Mapping)

  • 材料变形与再结晶行为分析(Deformation & Recrystallization Study)

  • 应变分布与残留应力分析(Strain & Stress Distribution)

 

EBSD 应用实例

  • Orientation Map

  • Phase Map

  • Grain size distribution

  • Misotientation angle distribution

  • Pole figure

  • Inverse pole figure

常见问题
Q1. EBSD分析样品可接受尺寸如何?
A. 一般长宽高不超过 1cm x 1cm x 0.5cm,但分析前建议和技术单位讨论。
Q2. EBSD样品制备要求?
A. 整体来说,样品的分析面需制备的够平整才可执行 EBSD 分析,样品的平整度将直接影响 EBSD 成像品质。不同的样品有不同制备方式,常见的方式有研磨抛光、电解抛光、离子抛光等。
Q3. 晶粒间的方位角度之精度可以到达什么程度?
A. 在最佳状态下可达 0.05°。
Q4. 通常什么样品需要做EBSD分析?
A. 一般 EBSD 是用来分析具晶体结构的材料。TEM 与 SEM 虽然可以观察晶粒形貌与尺寸,但无法量化晶粒尺寸分布与晶粒方位取向的分布;而 EBSD 扫描范围大,可涵盖晶粒数目多,除了可用来观察晶粒形貌,还具有统计材料的晶粒尺寸、晶粒方位、相鑑定及其分布等功能。
Q5. 可分析到的最小晶粒尺寸极限是多少?
A. 目前 EBSD 侦测晶粒的物理极限约 50nm,但 EBSD 可以分析的晶粒尺寸与样品本身与样品表面状况(样品制备状况)有极大关系;一般来说,样品表面状况越佳越有利于样品的分析。
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台湾实验室 材料分析 (MA)

葛先生 YuFeng Ko

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