第二章晶向检测(之一)

本章内容一、晶向检测二、晶体缺陷检测三、光学显微镜技术四、电子显微镜技术当前第1页\共有43页\编于星期三\8点一、晶向检测当前第2页\共有43页\编于星期三\8点当前第3页\共有43页\编于星期三\8点1、硅单晶的特点硅单晶晶体结构a=5.43Å

硅单晶晶体结构：两套简单面心立方格子套构形成的金刚石结构。当前第4页\共有43页\编于星期三\8点是垂直于晶面的矢量。通常用密勒指数(h,k,l)表示。

[hkl]晶向和<hkl>晶面垂直

(a)[100](b)[110](c)[111]2、晶向当前第5页\共有43页\编于星期三\8点当前第6页\共有43页\编于星期三\8点硅单晶的不同晶面结构及其特点{110}当前第7页\共有43页\编于星期三\8点二、晶向检测的常用方法

外貌观察法

光点定向法（工业生产中常用方法）

X射线衍射法（工业生产中常用方法）当前第8页\共有43页\编于星期三\8点（一）光点定向测试1、光点定向测试仪原理结构图当前第9页\共有43页\编于星期三\8点<100>

<110>

<111>

硅单晶的光学定向图形2、样品处理——腐蚀坑的显示

当前第10页\共有43页\编于星期三\8点硅单晶

<111>的光学定向图形

晶向偏离度——晶体的轴与晶体方向不吻合时，其偏离的角度称为晶向偏离度。晶锭端面与被测晶向偏离，腐蚀坑对称性就会偏离，利用这种特性可以确定晶向偏离度。

3、晶向偏离度的测试

当前第11页\共有43页\编于星期三\8点此型仪器设有两个工作台，可同时进行操作，右侧工作台带有托板，可对圆柱形晶体进行端面与柱面定向，也可以对晶片的端面进行定向，左侧工作台可对晶片的端面进行定向，仪器精度为±30″最小读数为1″，数字显示。

4、光点定向的应用

当前第12页\共有43页\编于星期三\8点该型定向仪仪专门用于硅单晶锭的粘结，是和多线切割机配套使用的半导体行业专用设备。当前第13页\共有43页\编于星期三\8点（三）X射线衍射法

X射线的波长范围一般为10-2～102Å，有强的穿透能力，原子和分子的距离（1～10Å）正好在X射线的波长范围之内，X射线对物质的散射和衍射能传递丰富的微观结构信息，因此X射线衍射是研究物质微观结构的最主要的方法。当用波长为λ的单色x射线照射晶体时，在X射线作用下晶体的若干层原子面会发生布喇格定律衍射，应用X射线在晶体中的衍射现象，可以得到晶向、晶向偏离度、晶体的原子面间距、晶体表面缺陷等许多晶体结构信息。使用X射线衍射仪确定晶向及偏离度，具有快速、精确的特点。

1、X射线简介

当前第14页\共有43页\编于星期三\8点当前第15页\共有43页\编于星期三\8点当前第16页\共有43页\编于星期三\8点衍射（Diffraction）又称为散射，波遇到障碍物或小孔后通过散射继续传播的现象。衍射现象是波的特有现象，一切波都会发生衍射现象。衍射时产生的明暗条纹或光环，叫衍射图样。产生衍射的条件是：当孔或障碍物尺寸与光的波长相同数量级，甚至比波长还要小时，产生衍射。因此光波长越小，越容易产生衍射现象。晶体可以作为X射线的空间衍射光栅,即当一束X射线通过晶体时将会发生衍射；衍射波叠加的结果使射线的强度在某些方向上增强、而在其它方向上减弱；分析在照相底片上获得的衍射花样，便可确定晶体结构。1913年英国物理学家布拉格父子(W.H.Bragg,W.L.Bragg)在劳厄发现的基础上,不仅成功地测定了NaCl、KCl等的晶体结构,并提出了作为晶体衍射基础的著名公式——布拉格定律：

2、X射线衍射及布喇格定律

当前第17页\共有43页\编于星期三\8点当前第18页\共有43页\编于星期三\8点当前第19页\共有43页\编于星期三\8点当相邻原子面散射后的光程差(2dsinθ)等于入射光波长的整数倍时，即

相邻原子面散射波干涉加强，产生明显的衍射光束。布拉格定律衍射掠射角X射线入射X射线被晶格原子散射后出射上原子层下原子层当前第20页\共有43页\编于星期三\8点

对于半导体硅，它具有金刚石结构，其晶格常数a＝5.43073Å，其面间距与一些主要的低指数晶面(h、k、l)的关系为；

(2.2)，表2.4当前第21页\共有43页\编于星期三\8点X-rayDiffractionPattern2ISimpleCubicl=2dhklsinhklBragg’sLaw:l(CuK)=1.5418ÅBaTiO3atT>130oCdhkl20o

40o60o(hkl)当前第22页\共有43页\编于星期三\8点当前第23页\共有43页\编于星期三\8点当前第24页\共有43页\编于星期三\8点图2.9X射线衍射仪的原理结构示意图X射线衍射仪由X射线发生器、测角仪和探测记录系统3部分组成3、X射线衍射仪的组成X射线发生器测角仪探测记录系统当前第25页\共有43页\编于星期三\8点当前第26页\共有43页\编于星期三\8点当前第27页\共有43页\编于星期三\8点当前第28页\共有43页\编于星期三\8点2.X射线测角仪当前第29页\共有43页\编于星期三\8点当前第30页\共有43页\编于星期三\8点3.X射线的探测当前第31页\共有43页\编于星期三\8点4.当前第32页\共有43页\编于星期三\8点当前第33页\共有43页\编于星期三\8点（1）晶体结构（晶向、晶格常数、原子面间距）的测量测量时将样品置于衍射仪的测角仪上，由x射线源发出的射线，经滤光片后得到单色x射线照射到样品上，使样品表面与入射X射线束的掠射角为θ。4、X射线衍射仪的使用与测量当前第34页\共有43页\编于星期三\8点当前第35页\共有43页\编于星期三\8点当前第36页\共有43页\编于星期三\8点当前第37页\共有43页\编于星期三\8点2ISimpleCubicl=2dhklsinhklBragg’sLaw:l(CuK)=1.5418Ådhkl20o

40o60o(hkl)通过X射线衍射仪测试得到衍射角θ，根据布拉格公式求得晶体的原子面间距d；根据晶面与面间距的关系示，确定晶体晶向.当前第38页\共有43页\编于星期三\8点当前第39页\共有43页\编于星期三\8点（2）晶向偏离度的测量转动测角仪，使样品围绕水平和垂直轴转动，当样品表面转到一定位置时，在计数管内会出现最大的衍射强度，记下围绕水平方向转动角α和垂直方向转动角β。可以证明，晶向的偏离角度Φ与α、β角的关系为由此可以求出样品表面的晶向偏离度。当前第40页\共有43页\编于星期三\8点5、半导体工业中单晶定向仪该型X射线定向仪主要用于4英寸以下小直径晶棒的OF面定向，晶锭水平放置在夹具内，在X-RAY照射下，测出OF面，依机械方式紧固晶锭，然后将晶锭带同夹具一起固定在磨床上加工OF面。当前第41页\共有43页\编于星期三\8点精密快速地测定天然和人造单晶