JP2907117B2 - Structure observation method of insulating polycrystalline sintered body - Google Patents

Structure observation method of insulating polycrystalline sintered body

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Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、絶縁性多結晶燒結
体とりわけ窒化ケイ素のセラミックス焼結体の組織観察
方法に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for observing the structure of an insulated polycrystalline sintered body, especially a sintered ceramic body of silicon nitride.

【0002】[0002]

【従来の技術】窒化ケイ素のセラミックス焼結体は、自
動車部品をはじめとする各種構造材料に用いられてい
る。この窒化ケイ素焼結体は、これを構成する窒化ケイ
素のμmレベルの粒と、粒界と呼ばれる焼結助剤として
添加される酸化イットリウムなどのガラス相とから構成
される。この粒の大きさ、粒度分布、粒界の割合を窒化
ケイ素の組織と称する。この組織は、構造材料として重
要な機械的強度、耐摩耗性、高温強度などの特性に影響
することが知られている。この組織を制御することが生
産上非常に重要である。
2. Description of the Related Art A ceramic sintered body of silicon nitride is used for various structural materials such as automobile parts. The silicon nitride sintered body is composed of μm-level grains of silicon nitride constituting the same and a glass phase such as yttrium oxide added as a sintering aid called a grain boundary. The grain size, grain size distribution, and ratio of grain boundaries are referred to as a structure of silicon nitride. This structure is known to affect properties such as mechanical strength, wear resistance, and high-temperature strength that are important as structural materials. Controlling this organization is very important for production.

【0003】このような微細な構造を観察するためには
通常、走査電子顕微鏡を用いなければならない。走査電
子顕微鏡は試料に細く絞った電子ビームを照射し、観察
試料から放出される2次電子の量によるコントラストで
像を得るものである。この2次電子放出量は試料の構成
元素とその立体構造に依存する。したがって、μmレベ
ルの窒化ケイ素焼結体の組織を鮮明に正確に観察するた
めには、図1に示すように、観察試料を平滑に研磨した
後、粒か、あるいは粒界を除去し、図2に示すように、
凹凸(段差)をつけることが重要な技術となる。
In order to observe such a fine structure, it is usually necessary to use a scanning electron microscope. The scanning electron microscope irradiates a sample with a finely focused electron beam and obtains an image with a contrast based on the amount of secondary electrons emitted from the observation sample. The amount of secondary electron emission depends on the constituent elements of the sample and its three-dimensional structure. Therefore, in order to clearly and accurately observe the structure of the silicon nitride sintered body at the μm level, as shown in FIG. 1, after the observation sample is polished smoothly, grains or grain boundaries are removed. As shown in 2,
It is an important technology to make unevenness (step).

【0004】その方法としては、酸(例えば、弗硝
酸)により化学的にエッチングする方法、イオンビー
ムを照射してエッチングする方法、反応性イオンによ
るエッチングなどがある。これらの方法のいずれかを用
いないと窒化ケイ素焼結体の組織を観察することはでき
ない。また、窒化ケイ素セラミックスは絶縁物であるた
め、荷電粒子である電子ビームを照射することにより観
察を行う走査電子顕微鏡においては、試料に導電性を持
たせる処理を施さなければ観察することができない。そ
の方法としては、金や白金、パラジウム、炭素などの導
電性のある元素をスパッタ法や蒸着法により観察試料表
面に薄くコートし、微細な構造を変化させることが行わ
れている。
As the method, there are a method of chemically etching with an acid (for example, hydrofluoric acid), a method of etching by irradiating with an ion beam, and a method of etching with reactive ions. Without any of these methods, the structure of the silicon nitride sintered body cannot be observed. In addition, since silicon nitride ceramics are insulators, they cannot be observed in a scanning electron microscope in which observation is performed by irradiating an electron beam, which is a charged particle, unless a process for imparting conductivity to the sample is performed. As the method, a conductive element such as gold, platinum, palladium, or carbon is thinly coated on the surface of an observation sample by a sputtering method or an evaporation method to change a fine structure.

【0005】窒化ケイ素セラミックスは、その製造プロ
セスである焼結過程において、結晶の形がα型からβ型
へと変化することが知られている。この結晶形の割合を
制御することも、上記組織に加えて、窒化ケイ素セラミ
ックスの機械的強度などの特性に影響を与える因子の一
つである。そのため、これを評価する方法としてはX線
回折が用いられてきた。
[0005] It is known that silicon nitride ceramics change from α-type to β-type during the sintering process, which is a manufacturing process thereof. Controlling the proportion of this crystal form is also one of the factors that affect the properties such as the mechanical strength of silicon nitride ceramics in addition to the above structure. Therefore, X-ray diffraction has been used as a method for evaluating this.

【0006】[0006]

【発明が解決しようとする課題】窒化ケイ素セラミック
ス焼結体の特徴である高い機械的強度などを発現させる
ためには、組織の制御が重要であり、その評価方法もま
た重要である。走査電子顕微鏡により窒化ケイ素セラミ
ックス焼結体の組織を観察する際、試料が絶縁物である
ことから、導電性を持たせるための処理が不可欠であ
る。この処理は金などを試料表面に薄くコートすること
であるが、この処理を施すと、走査電子顕微鏡写真でコ
ントラストがつく要因の一つである構成する元素が分か
らなくなるので、組織を観察するためには立体構造をつ
けることが非常に重要である。その手段の従来法である
酸による粒界エッチング法は、粒界の組成により酸の種
類、濃度、処理時間を変更する必要があった。
In order to develop a high mechanical strength, etc., which is a characteristic of a silicon nitride ceramics sintered body, control of the structure is important, and its evaluation method is also important. When observing the structure of a silicon nitride ceramics sintered body with a scanning electron microscope, a process for imparting conductivity is indispensable because the sample is an insulator. This treatment involves thinly coating the surface of the sample with gold or the like, but this treatment makes it difficult to observe the microstructure, as one of the factors that contributes to contrast in a scanning electron micrograph cannot be understood. It is very important to give a three-dimensional structure to. In the grain boundary etching method using an acid, which is a conventional method, it is necessary to change the type, concentration, and processing time of the acid depending on the composition of the grain boundary.

【0007】また、エッチングされる粒界がわずかであ
った場合、鮮明に粒の輪郭を捉えることができなかっ
た。イオンビームによる方法では、窒化ケイ素セラミッ
クスが絶縁物であるために、電荷が照射している試料面
にたまり、電荷による反発力から効率良くエッチングで
きない問題があった。 また、粒と粒界のエッチングの
選択性が不十分であるといった問題もある。粒と粒界が
選択性なく同時にエッチングされてしまうなら立体構造
を作製することができず、走査電子顕微鏡で鮮明に組織
を観察することができない。反応性イオンによるエッチ
ングでは粒がエッチングされるが、窒化ケイ素と反応物
を形成してしまう場合があり、観察に不都合となること
があった。
When the grain boundaries to be etched are small, the outline of the grains cannot be clearly grasped. In the method using an ion beam, since the silicon nitride ceramics are insulators, electric charges accumulate on the irradiated sample surface, and there has been a problem that etching cannot be efficiently performed due to repulsion by the electric charges. There is also a problem that the selectivity of etching between grains and grain boundaries is insufficient. If the grains and grain boundaries are simultaneously etched without selectivity, a three-dimensional structure cannot be produced, and the structure cannot be clearly observed with a scanning electron microscope. Although particles are etched by reactive ion etching, a reaction product may be formed with silicon nitride, which may be inconvenient for observation.

【0008】窒化ケイ素セラミックス焼結体の特性を生
み出すもう一つの因子である結晶形の評価では、ミリメ
ートルレベルの広い領域の評価にはX線回折による評価
方法が特に問題なく使われてきた。しかし、評価したい
サンプルや製品が小さいと結晶形の分布を評価すること
はできなかった。窒化ケイ素セラミックス焼結体の特性
は組織と結晶形が重要な因子であることを述べたが、組
織の評価はナノメートルレベルの微少領域を走査形電子
顕微鏡で行い、結晶形の評価は、ミリメートルレベルの
広い領域をX線回析で行うという別々の方法で評価しな
ければならない、といった状況であり、評価に時間と手
間がかかることが問題であった。更に、正確には同一試
料又は試料の同じ箇所を評価していることにはならな
い、といった問題もあった。いいかえれば、観察する際
に、同じ箇所に設定すること自体が非常に手間のかかる
作業を強いることになったからである。本発明は、窒化
ケイ素セラミックス焼結体の鮮明な組織が観察できる方
法を提供し、さらに窒化ケイ素セラミックス焼結体の特
性を生む、もう一つの因子である結晶形の微小領域に対
応した評価方法を与えるものである。また、試料の組織
と結晶形の2つの情報を走査電子顕微鏡による一つの方
法で同時に得ることができる分析評価方法を与えるもの
である。
[0008] In the evaluation of the crystal form, which is another factor producing the characteristics of the silicon nitride ceramics sintered body, the evaluation method by X-ray diffraction has been used without any problem for the evaluation of a wide range on the millimeter level. However, if the sample or product to be evaluated was small, the distribution of the crystal form could not be evaluated. It was stated that the structure and crystal form are important factors for the characteristics of the silicon nitride ceramic sintered body.However, the structure was evaluated using a scanning electron microscope on a nanometer-level micro area, and the crystal form was evaluated using millimeters. In such a situation, evaluation must be performed by a separate method of performing a wide range of regions by X-ray diffraction, and there is a problem that the evaluation requires time and effort. Further, there is a problem that the same sample or the same portion of the sample is not accurately evaluated. In other words, the setting itself at the same place when observing would force a very laborious operation. The present invention provides a method by which a clear structure of a silicon nitride ceramic sintered body can be observed, and furthermore, an evaluation method corresponding to a crystal microscopic region, which is another factor that produces characteristics of the silicon nitride ceramic sintered body. Is to give. Another object of the present invention is to provide an analysis / evaluation method capable of simultaneously obtaining two pieces of information on the structure and crystal form of a sample by one method using a scanning electron microscope.

【0009】[0009]

【課題を解決しようとする手段】マスクを置いた絶縁性
多結晶燒結体の表面に導電性を持たせる処理を施した
後、前記マスクを除去して導電性処理を施していない部
分を走査電子顕微鏡で観察する絶縁性多結晶燒結体の組
織観察方法で、マスクを置く絶縁性多結晶燒結体の表面
は、予め研磨仕上げした絶縁性多結晶燒結体の表面に中
性分子ビームを照射処理乃至酸で粒界を除去するか、ま
たは、予め研磨仕上げした絶縁性多結晶燒結体の表面を
酸で粒界をエッチングした後に更に中性分子ビームを表
面と45°乃至90°の角度で照射処理するものであ
る。
After the surface of the insulated polycrystalline sintered body on which the mask is placed is subjected to a process for imparting conductivity, the mask is removed and the portion not subjected to the conductivity process is scanned. In the method of observing the structure of the insulating polycrystalline sintered body under a microscope, the surface of the insulating polycrystalline sintered body on which a mask is to be placed is irradiated with a neutral molecular beam on the surface of the insulating polycrystalline sintered body that has been polished in advance. The grain boundaries are removed with an acid, or the surface of the insulated polycrystalline sintered body that has been polished in advance is etched at the grain boundaries with an acid and then irradiated with a neutral molecular beam at an angle of 45 ° to 90 ° with the surface. Is what you do.

【0010】なお、導電性を持たせる処理は、イオンス
パッター法又は蒸着法で導電層をコートするものであ
る。絶縁性多結晶燒結体は、窒化ケイ素燒結体であり、
マスクの大きさは、0.25mm2以下0.01mm2
上である。また、酸は、塩酸と過酸化水素水の混合溶液
であり、絶縁性多結晶燒結体の組織観察は、電子走査顕
微鏡の画像における濃淡を2値制御して面積比率を算出
することによって行うものである。
[0010] The treatment for imparting conductivity is to coat the conductive layer by ion sputtering or vapor deposition. The insulating polycrystalline sintered body is a silicon nitride sintered body,
The size of the mask is not more than 0.25 mm 2 and not less than 0.01 mm 2 . The acid is a mixed solution of hydrochloric acid and aqueous hydrogen peroxide, and the observation of the structure of the insulated polycrystalline sintered body is performed by calculating the area ratio by controlling the density in the image of the electron scanning microscope in binary. It is.

【0011】[0011]

【発明の実施の形態】窒化ケイ素セラミックス焼結体の
組織を走査電子顕微鏡で鮮明に観察するために、立体構
造を効率的に形成する必要がある。このための手段とし
て酸で焼結体の粒界を除去するかまたは電荷を持たない
中性分子ビームを用いて、焼結体の粒界を選択的にエッ
チングする。この中性分子ビームを用いる場合は、ビー
ムの試料表面とのなす角度は45°以上90°以下で行
う。さらに、中性分子ビームを用いる前段として酸によ
り、酸化物から構成される粒界を予めエッチングする
と、その効果は飛躍的に増加する。驚くべきことに、こ
の酸として塩酸と過酸化水素水を組合せたものを用いる
ことにより、粒界の組成によらず、効率的にエッチング
される。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS In order to clearly observe the structure of a silicon nitride ceramic sintered body with a scanning electron microscope, it is necessary to efficiently form a three-dimensional structure. As means for this purpose, the grain boundaries of the sintered body are removed by using an acid, or the grain boundaries of the sintered body are selectively etched using a neutral molecular beam having no charge. When this neutral molecular beam is used, the angle between the beam and the sample surface is set to 45 ° or more and 90 ° or less. Further, if the grain boundaries composed of oxides are etched in advance with an acid before the use of the neutral molecular beam, the effect is dramatically increased. Surprisingly, by using a combination of hydrochloric acid and aqueous hydrogen peroxide as the acid, etching is efficiently performed regardless of the composition of the grain boundary.

【0012】走査電子顕微鏡により窒化ケイ素セラミッ
クス焼結体組織を観察する際に、観察対象が絶縁物であ
るために、導電性を持たせる処理を施すが、取り扱いの
観点から、マスクが大きいと明瞭な観察が出来なくな
り、マスクが小さいと取り扱いが困難となるためで、実
用的には、0.25mm2以下0.01mm2以上である
マスクを置いてから試料に金、白金、白金パラジウム、
銀又はアルミニウムと云った導電性を有する層をコート
することによって導電性を持たせる処理を施す。マスク
を取り除き、導電性処理を施していない部分を観察する
ことにより、粒に結晶の種類に依存した微妙なコントラ
ストが現れる。これにより、走査電子顕微鏡で観察でき
るナノメートルレベルの微小領域においても結晶形を評
価することができる。本発明は、以上の如く一つの分析
方法により、窒化ケイ素セラミックス焼結体の特性を決
める組織と結晶形の両方を全く同じサンプルから同時に
評価することができるようにしたものである。
When observing the structure of the silicon nitride ceramics sintered body with a scanning electron microscope, since the object to be observed is an insulator, a treatment for imparting conductivity is performed. no longer can Do observe, in order to be a mask is small and difficult to handle, is practically gold sample from the place the mask is 0.25 mm 2 or less 0.01 mm 2 or more, platinum, platinum palladium,
A treatment for imparting conductivity by coating a conductive layer such as silver or aluminum is applied. By removing the mask and observing the part that has not been subjected to the conductive treatment, a fine contrast depending on the type of crystal appears in the grains. Thereby, the crystal form can be evaluated even in a nanometer-level minute region that can be observed with a scanning electron microscope. According to the present invention, as described above, both the structure and the crystal form that determine the characteristics of a silicon nitride ceramics sintered body can be simultaneously evaluated from exactly the same sample by one analysis method.

【0013】[0013]

【実施例】本発明において、絶縁物である窒化ケイ素セ
ラミックス焼結体を効率よくエッチングするために、電
荷を持たない中性分子ビームを用いた。この分子種とし
ては、アルゴン、クリプトンなどの希ガス原子、窒素な
どの不活性ガスが望ましい。従来法である反応性イオン
によるエッチングでは窒化ケイ素と反応してしまう問題
点があったが、これからも導かれるように中性分子ビー
ムといえども、ハロゲンのような活性な分子種では反応
してしまい、組織に鮮明な輪郭を与えることができなか
った。入射エネルギーは1から10keVで検討した
が、いずれのエネルギーでも効果が見られた。また、処
理時間も検討したが、10分から30分の間が最適であ
ることがわかった。さらに驚くべきことに、焼結体の試
料面に対して中性分子ビームの入射角度を小さくしてや
ると粒自体がエッチングされ、大きくしてやると粒界が
エッチングされることが判明した。イオンビームによる
エッチングでは粒と粒界を選択的にエッチングすること
が困難であるといった問題点を指摘したが、中性分子ビ
ームにおいては入射角を特に試料の表面から45°以上
90°以下で変化させることによって選択的にエッチン
グすることができる。
EXAMPLE In the present invention, a neutral molecular beam having no charge was used in order to efficiently etch a silicon nitride ceramic sintered body which is an insulator. As this molecular species, a rare gas atom such as argon or krypton, or an inert gas such as nitrogen is desirable. Conventional etching by reactive ions had a problem of reacting with silicon nitride, but as will be understood from this, even neutral molecule beams react with active molecular species such as halogens. As a result, the tissue could not be given a sharp outline. Although the incident energy was examined at 1 to 10 keV, the effect was observed at any of the energies. Further, the processing time was also examined, but it was found that the optimal time was between 10 minutes and 30 minutes. Even more surprisingly, it has been found that when the incident angle of the neutral molecular beam with respect to the sample surface of the sintered body is reduced, the grains themselves are etched, and when the angle is increased, the grain boundaries are etched. Although it was pointed out that it was difficult to selectively etch grains and grain boundaries by ion beam etching, the incidence angle of neutral molecular beams varied from 45 ° to 90 °, especially from the sample surface. This allows selective etching.

【0014】この中性分子ビームによる処理を行う前に
酸処理を行うとさらに効果が上がることを見出した。こ
の酸の種類は検討した結果、塩酸と過酸化水素水の組合
せが最も効果があり、さらに粒界の組成が異なっている
場合でも効率よく粒界をエッチングすることができた。
その濃度は塩酸が1〜5mol/l、過酸化水素水が0.1〜1
mol/lの範囲がよく、さらに50〜80℃と沸騰させること
なく加温すると処理時間を短縮することができることを
確認した。
It has been found that an effect is further enhanced if an acid treatment is performed before the treatment with the neutral molecular beam. As a result of studying the kind of the acid, the combination of hydrochloric acid and hydrogen peroxide solution was most effective, and the grain boundary could be efficiently etched even when the composition of the grain boundary was different.
The concentration is 1 to 5 mol / l for hydrochloric acid and 0.1 to 1 for hydrogen peroxide solution.
It was confirmed that the range of mol / l was good, and that the treatment time could be shortened by heating to 50 to 80 ° C without boiling.

【0015】走査電子顕微鏡の観察の際、0.5mm角(断
面積は0.25mm2)に切断した400μm厚さのシリコン・ウ
エハ・チップで形成されたマスクを酸と中性分子ビーム
によりエッチングした窒化ケイ素セラミックス焼結体表
面にのせて、金をイオンスパッター法で約30nmコー
トした。そして、このチップを例えばピンセットで除去
乃至試料の背面をトントンと軽く叩くことによって、極
めて簡単にマスクが脱落して金がコートされていない部
分が露出し、この表面を走査電子顕微鏡で観察すると鮮
明な組織を観察することができた。この方法で観察した
窒化ケイ素セラミックス焼結体組織に、内部がやや灰色
のコントラストがついた粒が観察された。この粒の形状
がα型の結晶形の特徴である球形であることと、その灰
色のコントラストがついた粒の走査電子顕微鏡写真全体
に占める面積の割合を2値化制御して面積比を出すと、
従来法であるX線回折法によるα型結晶形の割合と比例
関係があることがわかり、これがα型結晶の窒化ケイ素
の粒が観察されることが図2に示すごとく判明した。こ
れにより、走査電子顕微鏡の分解能で結晶形の評価がで
きることがわかった。
At the time of observation with a scanning electron microscope, a mask formed of a 400 μm-thick silicon wafer chip cut into a 0.5 mm square (cross section: 0.25 mm 2 ) was etched by etching with an acid and a neutral molecular beam. Gold was applied on the surface of the silicon ceramic sintered body by about 30 nm by ion sputtering. Then, the chip is removed with, for example, tweezers or the back of the sample is patted lightly, so that the mask falls off very easily, exposing the portion not coated with gold, and the surface is clearly observed with a scanning electron microscope. A fine tissue could be observed. In the silicon nitride ceramics sintered body structure observed by this method, grains having a slightly gray contrast inside were observed. The area ratio is obtained by binarizing and controlling the ratio of the area of the grain having the gray contrast to the entire area of the scanning electron micrograph to be spherical, which is a feature of the α-type crystal form. When,
It was found that there was a proportional relationship with the ratio of the α-type crystal form by the conventional X-ray diffraction method, and it was found that the silicon nitride grains of the α-type crystal were observed as shown in FIG. As a result, it was found that the crystal form can be evaluated with the resolution of the scanning electron microscope.

【0016】この灰色のコントラストのついた粒を原子
間力顕微鏡で観察したところ、同様の模様が観察され
た。段差を測定したところ、ナノメートルレベルの段差
がある凹部になっていることがわかった。これは中性分
子ビームによるエッチングではα型又はβ型の結晶の違
いによりエッチング速度が異なっているものと推定され
る。この効果はマスクを用いた導電性処理によりコーテ
ィングしていない領域を走査電子顕微鏡で観察したため
に発見できたものである。事実、この灰色のコントラス
トのついた粒が観察された試料で金のコーティングを施
したところ、この灰色のコントラストは観察できなくな
った。これは走査電子顕微鏡像のコントラストを生成す
る原因の一つである立体効果が、2次電子放出の確率の
高い金や白金をコートしたことにより消えてしまい、コ
ントラストが消失したものである。
When the gray-grayed grains were observed with an atomic force microscope, a similar pattern was observed. When the step was measured, it was found that the recess had a nanometer-level step. This is presumed to be due to the fact that the etching rate by the neutral molecular beam differs due to the difference between the α-type and β-type crystals. This effect was discovered by observing the region not coated by the conductive treatment using a mask with a scanning electron microscope. In fact, when the gold coating was applied to the sample where the gray contrasted grains were observed, the gray contrast was no longer observable. This is because the steric effect, which is one of the causes of generating the contrast of the scanning electron microscope image, disappears due to the coating of gold or platinum, which has a high probability of secondary electron emission, and the contrast disappears.

【0017】[0017]

【表1】 [Table 1]

【0018】実施例1〜2、5、比較例2〜6は、酸の
種類と濃度を変えてエッチングの違いを調査した。調査
方法は表1に示す条件で処理を施した後、走査電子顕微
鏡で組織観察を試み、その走査電子顕微鏡写真において
鮮明な輪郭が確認できるかどうかを○/×で評価した。
この結果、表1の配合と時間及び温度により、弗硝酸、
リン酸、塩酸+過酸化水素水では粒界がエッチングさ
れ、組織観察をすることができたが、他の方法では粒界
のエッチングが不十分であり満足いく組織観察はできな
かった。また、酸濃度も1mol/lより濃くないとエッチ
ングできない。塩酸+過酸化水素水の場合、過酸化水素
水は0.1mol/l以上であれば、エッチングされることを確
認した。
In Examples 1 to 2, 5 and Comparative Examples 2 to 6, the difference in etching was investigated by changing the type and concentration of the acid. After the treatment was performed under the conditions shown in Table 1, the structure was examined with a scanning electron microscope, and whether or not a clear outline could be confirmed in the scanning electron micrograph was evaluated by // ×.
As a result, depending on the composition and time and temperature in Table 1,
With phosphoric acid, hydrochloric acid and aqueous hydrogen peroxide, grain boundaries were etched and the structure could be observed, but with other methods the etching of the grain boundaries was insufficient and satisfactory structure observation was not possible. Etching cannot be performed unless the acid concentration is also higher than 1 mol / l. In the case of hydrochloric acid + hydrogen peroxide solution, it was confirmed that etching was performed if the hydrogen peroxide solution was 0.1 mol / l or more.

【0019】実施例3、4、比較例7〜10は、中性分
子ビームの照射条件によるエッチングに違いを調査し
た。この結果、エネルギーは1〜10keV、時間10
〜30分が最適である。照射時間が長いと逆に試料全体
の損傷が大きく粒の輪郭が不鮮明となり、組織観察が困
難になることが判明した。実施例5と比較例6の比較に
より、酸エッチングが不十分でも中性分子ビーム照射で
組織観察が行えるようになることがわかった。さらに、
実施例3、10の比較により、酸エッチングと中性分子
ビーム照射の条件が双方、最適化されるとより鮮明に組
織観察を行うことができることがわかった。
In Examples 3 and 4, and Comparative Examples 7 to 10, the difference in etching depending on the irradiation condition of the neutral molecular beam was investigated. As a result, the energy is 1 to 10 keV and the time is 10
~ 30 minutes is optimal. Conversely, when the irradiation time was long, it was found that the damage of the whole sample was large and the outline of the grains was unclear, and it was difficult to observe the structure. Comparison between Example 5 and Comparative Example 6 reveals that even when the acid etching is insufficient, the structure can be observed by irradiation with a neutral molecular beam. further,
By comparing Examples 3 and 10, it was found that when both the conditions of the acid etching and the irradiation of the neutral molecular beam were optimized, the structure could be more clearly observed.

【0020】図4〜8は実施例7の条件でエッチングを
行った試料において、導電性コートを施さずに走査電子
顕微鏡観察を実施した写真であり、結晶形の組織が鮮明
に観察されている。また、この5枚の写真はα結晶の存
在比が異なっているが、これに関係して、淡い濃いコン
トラストの粒の割合が増加している。この関係を図3に
示す。図3は、横軸にX線解析で測定したサンプルにつ
いて任意の3ケ所を本発明の組織観察方法でα結晶の存
在比を測定してその平均を出したものである。この結
果、α率(存在比)を組織観察より評価できることが認
められる。
FIGS. 4 to 8 are photographs of a sample which was etched under the conditions of Example 7 and which was observed with a scanning electron microscope without applying a conductive coat. The crystal structure was clearly observed. . In addition, although these five photographs have different α crystal abundance ratios, the ratio of grains having a light and deep contrast is increasing in connection with this. This relationship is shown in FIG. FIG. 3 is a graph in which the abscissa is used to measure the abundance ratio of α-crystals at three arbitrary points in the sample measured by X-ray analysis using the structure observation method of the present invention, and the average is obtained. As a result, it is recognized that the α ratio (existence ratio) can be evaluated by observing the tissue.

【0021】[0021]

【表2】 [Table 2]

【0022】この中性分子ビーム照射は入射角度を変え
た時の効果を調査したもので、表面とのなす角度が、浅
い角度の30°程度で照射すると粒がエッチングされ、
45°以上垂直の90°以下であると、粒界がエッチン
グされることがわかる。
In this neutral molecular beam irradiation, the effect of changing the incident angle was investigated. When the irradiation with the surface was made at a shallow angle of about 30 °, the particles were etched,
It is understood that when the angle is 45 ° or more and 90 ° or less, the grain boundary is etched.

【0023】[0023]

【発明の効果】本発明により、窒化ケイ素セラミックス
焼結体の組織を再現性良く、ナノメートルのレベルまで
観察できるようになった。これにより組織と構造体との
相関を調べることができる。さらに、もう一つの重要な
因子である結晶形においても微小領域を評価する手段を
与えた。しかも、走査形電子顕微鏡による単一の観察に
より材料の2つの性質を評価できることから評価時間の
短縮と共に、同じ材料の同一個所から二つの情報を得る
ことができることを意味する。このことは、複雑な形状
をした窒化ケイ素セラミックス焼結体においても、その
部位毎に組織を見て、なおかつ結晶形を評価することが
でき、部位毎の強度を予想することができる。窒化ケイ
素セラミックス焼結体の組織、結晶形は、製造する際の
焼結温度や時間に大きく影響を受けるが、本発明によ
り、間接的にプロセス評価することができ、安定した製
造環境とそれに伴う歩留まり向上といった効果を奏する
ものである。
According to the present invention, the structure of a silicon nitride ceramic sintered body can be observed with good reproducibility up to the nanometer level. Thereby, the correlation between the tissue and the structure can be examined. In addition, it provides a means for evaluating microscopic regions in the crystal form, which is another important factor. In addition, since two properties of a material can be evaluated by a single observation with a scanning electron microscope, it means that the evaluation time can be reduced and two pieces of information can be obtained from the same place of the same material. This means that, even in a silicon nitride ceramic sintered body having a complicated shape, the structure can be observed for each part, the crystal form can be evaluated, and the strength for each part can be predicted. The structure and crystal form of a silicon nitride ceramic sintered body are greatly affected by the sintering temperature and time during production. However, according to the present invention, the process can be indirectly evaluated, and a stable production environment and its accompanying This has the effect of improving the yield.

【0024】本発明は、マスクを置いてイオンスパッタ
ー法や蒸着法により導電性皮膜を施すので、燒結体の表
面からピンセット等により、また、燒結体の背後から叩
き落とすことができ、観察対称となる露出面を簡単に形
成することが出来ると共に、マスクの大きさは、取り扱
いが簡単な大きさの0.25mm2以下0.01mm2
上であるので、走査電子顕微鏡の投入電圧の調節だけで
簡単に撮像できるものである。また、中性分子ビームを
単独で、又は、酸と併用して走査電子顕微鏡による観察
面を簡単に形成することが出来るものである。更に、絶
縁性多結晶燒結体は、窒化ケイ素燒結体であるので、窒
化ケイ素燒結体の特性乃至強度を評価できるものであ
る。また、観察対称となる露出面を塩酸と過酸化水素水
の混合溶液で粒界をエッチングすることによって、簡単
に観察面を形成することが出来る。更に、絶縁性多結晶
燒結体の組織観察は、電子走査顕微鏡の画像における濃
淡を2値制御して面積比率を算出することによって行う
ので、数値的にもα組織を把握することができる。
According to the present invention, since a conductive film is formed by ion sputtering or vapor deposition with a mask placed on the surface, the surface of the sintered body can be tapped with tweezers or the like, and can be knocked down from behind the sintered body. The exposed surface can be easily formed, and the size of the mask is 0.25 mm 2 or less and 0.01 mm 2 or more, which is easy to handle. It can be easily imaged. Further, the surface to be observed by a scanning electron microscope can be easily formed by using a neutral molecular beam alone or in combination with an acid. Furthermore, since the insulating polycrystalline sintered body is a silicon nitride sintered body, the characteristics and strength of the silicon nitride sintered body can be evaluated. In addition, the observation surface can be easily formed by etching the grain boundary with the mixed solution of hydrochloric acid and hydrogen peroxide solution on the exposed surface which becomes the observation symmetry. Further, since the structure of the insulating polycrystalline sintered body is observed by calculating the area ratio by controlling the density of the image of the electron scanning microscope in a binary manner, the α structure can be grasped numerically.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】窒化ケイ素セラミックス焼結体における粒界の
エッチング前の模式断面図である。
FIG. 1 is a schematic cross-sectional view of a silicon nitride ceramic sintered body before etching a grain boundary.

【図2】窒化ケイ素セラミックス焼結体における粒界の
エッチング除去後の模式断面図である。
FIG. 2 is a schematic cross-sectional view of a silicon nitride ceramic sintered body after removing a grain boundary by etching.

【図3】走査電子顕微鏡写真の濃いコントラスト部分の
面積割合とX線回折法によるα形結晶の割合を示す。
FIG. 3 shows an area ratio of a dark contrast portion in an SEM photograph and a ratio of an α-type crystal by an X-ray diffraction method.

【図4】窒化ケイ素セラミックス焼結体におけるα率が
0%における金属組織を示す図面に代わる金属組織の顕
微鏡写真である。
FIG. 4 is a photomicrograph of a metallographic structure instead of a drawing showing the metallographic structure of the silicon nitride ceramic sintered body when the α ratio is 0%.

【図5】窒化ケイ素セラミックス焼結体におけるα率が
7%における金属組織を示す図面に代わる金属組織の顕
微鏡写真である。
FIG. 5 is a photomicrograph of a metallographic structure instead of a drawing showing the metallographic structure of the silicon nitride ceramic sintered body when the α ratio is 7%.

【図6】窒化ケイ素セラミックス焼結体におけるα率が
22%における金属組織を示す図面に代わる金属組織の
顕微鏡写真である。
FIG. 6 is a photomicrograph of a metallographic structure instead of a drawing showing the metallographic structure of the silicon nitride ceramic sintered body when the α ratio is 22%.

【図7】窒化ケイ素セラミックス焼結体におけるα率が
33%における金属組織を示す図面に代わる金属組織の
顕微鏡写真である。
FIG. 7 is a photomicrograph of a metallographic structure instead of a drawing showing the metallographic structure of the silicon nitride ceramic sintered body when the α ratio is 33%.

【図8】窒化ケイ素セラミックス焼結体におけるα率が
43%における金属組織を示す図面に代わる金属組織の
顕微鏡写真である。
FIG. 8 is a photomicrograph of a metallographic structure instead of a drawing showing the metallographic structure of the silicon nitride ceramics sintered body when the α ratio is 43%.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 山本 剛久 兵庫県伊丹市昆陽北一丁目1番1号 住 友電気工業株式会社伊丹製作所内 (72)発明者 水砂 博文 兵庫県伊丹市昆陽北一丁目1番1号 住 友電気工業株式会社伊丹製作所内 (56)参考文献 特開 平5−45265(JP,A) 特開 平1−221637(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) G01N 1/28 G01N 1/32 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuing from the front page (72) Inventor Takehisa Yamamoto 1-1-1, Koyo-Kita-Kita, Itami-shi, Hyogo Prefecture Itami Works, Sumitomo Electric Industries, Ltd. Chome 1-1, Itami Works, Sumitomo Electric Industries, Ltd. (56) References JP-A-5-45265 (JP, A) JP-A-1-221637 (JP, A) (58) Fields investigated (Int. Cl. 6 , DB name) G01N 1/28 G01N 1/32

Claims (9)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】マスクを置いた絶縁性多結晶燒結体の表面
に導電性を持たせる処理を施した後、前記マスクを除去
して導電性処理を施していない部分を走査電子顕微鏡で
観察することを特徴とする絶縁性多結晶燒結体の組織観
察方法。
1. A process for imparting conductivity to the surface of an insulating polycrystalline sintered body on which a mask is placed, and then removing the mask and observing a portion that has not been subjected to the conductivity treatment with a scanning electron microscope. A method for observing the structure of an insulating polycrystalline sintered body, characterized by comprising the following:
【請求項2】マスクを置く絶縁性多結晶燒結体の表面
は、予め研磨仕上げした絶縁性多結晶燒結体の表面の粒
界を除去する中性分子ビームを照射処理したもの又は酸
で粒界を除去したものである請求項1に記載の絶縁性多
結晶燒結体の組織観察方法。
2. The surface of the insulating polycrystalline sintered body on which the mask is to be placed is subjected to a neutral molecular beam irradiation treatment for removing grain boundaries on the surface of the insulating polycrystalline sintered body which has been polished in advance, or the surface of the grain is treated with an acid. The method for observing the structure of an insulated polycrystalline sintered body according to claim 1, wherein the structure is removed.
【請求項3】マスクを置く絶縁性多結晶燒結体の表面
は、予め研磨仕上げした絶縁性多結晶燒結体の表面を酸
で粒界をエッチングした後に中性分子ビームを照射処理
して粒界を除去したものである請求項1に記載の絶縁性
多結晶燒結体の組織観察方法。
3. The surface of the insulating polycrystalline sintered body on which the mask is to be placed is subjected to a neutral molecular beam irradiation treatment after the surface of the insulating polycrystalline sintered body which has been polished and finished in advance is etched with an acid. The method for observing the structure of an insulated polycrystalline sintered body according to claim 1, wherein the structure is removed.
【請求項4】中性分子ビームの照射は、絶縁性多結晶燒
結体の表面となす角度を90°以下45°以上で行う請
求項2又は請求項3に記載の絶縁性多結晶燒結体の組織
観察方法。
4. The insulating polycrystalline sintered body according to claim 2, wherein the irradiation with the neutral molecular beam is performed at an angle of 90 ° or less and 45 ° or more with the surface of the insulating polycrystalline sintered body. Tissue observation method.
【請求項5】導電性を持たせる処理は、イオンスパッタ
ー法又は蒸着法により導電層をコートする請求項1乃至
請求項4のいずれか1項に記載の絶縁性多結晶燒結体の
組織観察方法。
5. The method for observing the structure of an insulated polycrystalline sintered body according to claim 1, wherein the treatment for imparting conductivity comprises coating the conductive layer by ion sputtering or vapor deposition. .
【請求項6】絶縁性多結晶燒結体は、窒化ケイ素燒結体
である請求項1乃至請求項5のいすれか1項に記載の絶
縁性多結晶燒結体の組織観察方法。
6. The method for observing the structure of an insulating polycrystalline sintered body according to claim 1, wherein the insulating polycrystalline sintered body is a silicon nitride sintered body.
【請求項7】マスクの大きさは、0.25mm2以下
0.01mm2以上である請求項1乃至請求項6のいず
れか1項に記載の絶縁性多結晶燒結体の組織観察方法。
7. The method for observing the structure of an insulating polycrystalline sintered body according to claim 1, wherein the size of the mask is not more than 0.25 mm 2 and not less than 0.01 mm 2 .
【請求項8】酸は、塩酸と過酸化水素水の混合溶液であ
る請求項3乃至請求項7のいずれか1項に記載の絶縁性
多結晶燒結体の組織観察方法。
8. The method for observing the structure of an insulating polycrystalline sintered body according to claim 3, wherein the acid is a mixed solution of hydrochloric acid and aqueous hydrogen peroxide.
【請求項9】絶縁性多結晶燒結体の組織観察は、電子走
査顕微鏡の画像における濃淡を2値化制御して面積比率
を算出することによって行う請求項1乃至請求項8のい
ずれか1項に記載の絶縁性多結晶燒結体の組織観察方
法。
9. The observation of the structure of the insulating polycrystalline sintered body is performed by calculating the area ratio by binarizing and controlling the shading in the image of the electron scanning microscope. 2. The method for observing the structure of an insulating polycrystalline sintered body according to item 1.
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