文档介绍：北京工业大学硕士学位论文高温扫描电子显微分析方法及应用研究姓名:王丽申请学位级别:硕士专业:材料学指导教师:吉元;徐学东 20080501 摘要摘要本文研究高温扫描电子显微分析方法、实验技术和应用。本文构建了一个以环境扫描电镜(ESEM)为基础的原位加热和原位操纵的综合分析测试系统。利用该系统,研究了加热补偿荷电效应的方法、机理及应用。测试了LiFeP04微粒的温度一电导性能。实验样品包括非导电陶瓷:A1203,A1N,硅酸镁,液晶;半导体微粒:LiFeP04。本文研究了通过原位加热方法消除非导电样品在电子束辐照下产生的荷电效应。A1203和硅酸镁加热至一360。C,荷电效应消除;A1N加热至一190"C,荷电效应消除;液晶的荷电补偿温度低于95℃。与通常在变压力SEM和ESEM中的荷电补偿方法相比,二次电子(SE)像的衬度和信噪比优于低真空环境中得到的效果,因为加热过程中绝缘样品可以在高真空环境中、采用ETD--SE探头直接被观察。原位监测了A1203,A1N和2MgO·Si02陶瓷样品电流(厶)和A1N表面电势(K)的变化。升温过程中k逐渐增加且由负值变正值,A1203样品的岛由室温的。10。13A增加到360"C时的10~A;/kiN的圪从25" keV降低到80。C keV。计算了总电子发射产额(珂+6)。--,继续升温,--一0-3,加热到360℃,(叩+6)大量增加到2000"-'3000。还测试了A1203,A1N和2MgO·Si02陶瓷样品表面电导仃随温度的变化。 A1203和2MgO·Si02的盯值在360。C比90。C提高了2个数量级,达到10J1S。A1N 在190℃时or值增加到10Jo S,显示出半导体特性。本文研究了加热荷电补偿的机理。加热补偿的基本概念是:加热提高了宽禁带绝缘体的导电率。机理涉及:(1)加热加速了绝缘体表面的被捕获电子从势阱中释放的过程,从而减小表面电势,消除了荷电效应。(2)加热减小了绝缘材料的禁带宽度,使更多的价带电子跃迁到导带,提高了总电子发射产额(呀+6), 即提高了SE像衬度和信噪比。(3)材料的能带结构,介电/导电/导热性能存在的差异,使得荷电补偿的温度有所差异。(4)材料的晶体结构、缺陷、杂质及成分直接影响着荷电补偿效果。多晶样品中形成的缺陷/杂质能带,减小了禁带宽北京T业大学工学硕十学位论文度和电离能,使得加热对多晶的补偿效果优于单晶的效果。本文研究了荷电现象在评价绝缘材料性能和微观结构方面的应用。(1)A1203 和AlN表面在降温时出现的树枝状等离子体放电和击穿,可对表面造成机械损伤,反映出加热引起介电性能和机械性能改变。(2)温度变化导致晶界和缺陷衬度变化,反映出材料微区(晶粒一晶粒,晶粒一晶界,基体一夹杂/第二相/缺陷) 在介电、导电和导热性能的差异。本文还研究了半导体LiFeP04微粒的温度一电导性能。电导随温度的升高而增大;掺杂Mo和Fe离子的LiFeP04的导电率提高的更快;当温度小于130℃时, Mo离子的LiFeP04的电导率较高;当温度大于130℃时,搀杂Fe离子的Li。FeP04 的电导率较高。原位加热扫描电子显微分析方法,为补偿非导电样品的荷电效应,以及研究绝缘材料和半导体材料的介电、导电和导热性能提供了一种有效而简便的方法。关键词荷电效应环境扫描电镜(ESEM)加热陶瓷材料 ABSTRACT ABSTRACT This thesis isaim to study the scanning Electron Microscope(SEM)analysis, experiment technology and application athightemperature. Integrated experimental system forin-situheating andmanipulating based on environmental SEM(ESEM)was set method,the mechanism and the application of eliminating charge effects were studied and the temperature-conductivity characteristic ofLiFeP04 particles was measured byusing thissystem. Theexperiment samples include insulating ceramic:A1203,A1N,2MgO‘Si02, liquid crystal,and semiconductorpartic