第二章晶向檢測(之一)

第二章晶向與晶體缺陷檢測本章內(nèi)容一、晶向檢測二、晶體缺陷檢測三、光學(xué)顯微鏡技術(shù)四、電子顯微鏡技術(shù)一、晶向檢測1、硅單晶的特點硅單晶晶體結(jié)構(gòu)a=5.43?

硅單晶晶體結(jié)構(gòu)：兩套簡單面心立方格子套構(gòu)形成的金剛石結(jié)構(gòu)。是垂直于晶面的矢量。通常用密勒指數(shù)(h,k,l)表示。

[hkl]晶向和<hkl>晶面垂直

(a)[100](b)[110](c)[111]2、晶向硅單晶的不同晶面結(jié)構(gòu)及其特點{110}二、晶向檢測的常用方法

外貌觀察法

光點定向法（工業(yè)生產(chǎn)中常用方法）

X射線衍射法（工業(yè)生產(chǎn)中常用方法）（一）光點定向測試1、光點定向測試儀原理結(jié)構(gòu)圖<100>

<110>

<111>

硅單晶的光學(xué)定向圖形2、樣品處理——腐蝕坑的顯示

硅單晶

<111>的光學(xué)定向圖形

晶向偏離度——晶體的軸與晶體方向不吻合時，其偏離的角度稱為晶向偏離度。晶錠端面與被測晶向偏離，腐蝕坑對稱性就會偏離，利用這種特性可以確定晶向偏離度。

3、晶向偏離度的測試

此型儀器設(shè)有兩個工作臺，可同時進行操作，右側(cè)工作臺帶有托板，可對圓柱形晶體進行端面與柱面定向，也可以對晶片的端面進行定向，左側(cè)工作臺可對晶片的端面進行定向，儀器精度為±30″最小讀數(shù)為1″，數(shù)字顯示。

4、光點定向的應(yīng)用

該型定向儀儀專門用于硅單晶錠的粘結(jié)，是和多線切割機配套使用的半導(dǎo)體行業(yè)專用設(shè)備。（三）X射線衍射法

X射線的波長范圍一般為10-2～102?，有強的穿透能力，原子和分子的距離（1～10?）正好在X射線的波長范圍之內(nèi)，X射線對物質(zhì)的散射和衍射能傳遞豐富的微觀結(jié)構(gòu)信息，因此X射線衍射是研究物質(zhì)微觀結(jié)構(gòu)的最主要的方法。當(dāng)用波長為λ的單色x射線照射晶體時，在X射線作用下晶體的若干層原子面會發(fā)生布喇格定律衍射，應(yīng)用X射線在晶體中的衍射現(xiàn)象，可以得到晶向、晶向偏離度、晶體的原子面間距、晶體表面缺陷等許多晶體結(jié)構(gòu)信息。使用X射線衍射儀確定晶向及偏離度，具有快速、精確的特點。

1、X射線簡介

衍射（Diffraction）又稱為散射，波遇到障礙物或小孔后通過散射繼續(xù)傳播的現(xiàn)象。衍射現(xiàn)象是波的特有現(xiàn)象，一切波都會發(fā)生衍射現(xiàn)象。衍射時產(chǎn)生的明暗條紋或光環(huán)，叫衍射圖樣。產(chǎn)生衍射的條件是：當(dāng)孔或障礙物尺寸與光的波長相同數(shù)量級，甚至比波長還要小時，產(chǎn)生衍射。因此光波長越小，越容易產(chǎn)生衍射現(xiàn)象。晶體可以作為X射線的空間衍射光柵,即當(dāng)一束X射線通過晶體時將會發(fā)生衍射；衍射波疊加的結(jié)果使射線的強度在某些方向上增強、而在其它方向上減弱；分析在照相底片上獲得的衍射花樣，便可確定晶體結(jié)構(gòu)。1913年英國物理學(xué)家布拉格父子(W.H.Bragg,W.L.Bragg)在勞厄發(fā)現(xiàn)的基礎(chǔ)上,不僅成功地測定了NaCl、KCl等的晶體結(jié)構(gòu),并提出了作為晶體衍射基礎(chǔ)的著名公式——布拉格定律：

2、X射線衍射及布喇格定律

當(dāng)相鄰原子面散射后的光程差(2dsinθ)等于入射光波長的整數(shù)倍時，即

相鄰原子面散射波干涉加強，產(chǎn)生明顯的衍射光束。布拉格定律衍射掠射角X射線入射X射線被晶格原子散射后出射上原子層下原子層

對于半導(dǎo)體硅，它具有金剛石結(jié)構(gòu)，其晶格常數(shù)a＝5.43073?，其面間距與一些主要的低指數(shù)晶面(h、k、l)的關(guān)系為；

(2.2)，表2.4X-rayDiffractionPattern2ISimpleCubicl=2dhklsinhklBragg’sLaw:l(CuK)=1.5418?BaTiO3atT>130oCdhkl20o

40o60o(hkl)圖2.9X射線衍射儀的原理結(jié)構(gòu)示意圖X射線衍射儀由X射線發(fā)生器、測角儀和探測記錄系統(tǒng)3部分組成3、X射線衍射儀的組成X射線發(fā)生器測角儀探測記錄系統(tǒng)2.X射線測角儀3.X射線的探測4.（1）晶體結(jié)構(gòu)（晶向、晶格常數(shù)、原子面間距）的測量測量時將樣品置于衍射儀的測角儀上，由x射線源發(fā)出的射線，經(jīng)濾光片后得到單色x射線照射到樣品上，使樣品表面與入射X射線束的掠射角為θ。4、X射線衍射儀的使用與測量2ISimpleCubicl=2dhklsinhklBragg’sLaw:l(CuK)=1.5418?dhkl20o

40o60o(hkl)通過X射線衍射儀測試得到衍射角θ，根據(jù)布拉格公式求得晶體的原子面間距d；根據(jù)晶面與面間距的關(guān)系示，確定晶體晶向.（2）晶向偏離度的測量轉(zhuǎn)動測角儀，使樣品圍繞水平和垂直軸轉(zhuǎn)動，當(dāng)樣品表面轉(zhuǎn)到一定位置時，在計數(shù)管內(nèi)會出現(xiàn)最大的衍射強度，記下圍繞水平方向轉(zhuǎn)動角α和垂直方向轉(zhuǎn)動角β?？梢宰C明，晶向的偏離角度Φ與α、β角的關(guān)系為由此可以求出樣品表面的晶向偏離度。5、半導(dǎo)體工業(yè)中單晶定向儀該型X射線定向儀主要用于4英寸以下小直徑晶棒的OF面定向，晶錠水平放置在夾具內(nèi)，在X-RAY照射下，測出OF面，依機械方式緊固晶錠，然后將晶錠帶同夾具一起固定在磨床上加工OF面。精密快速地測定天然和人造單晶(壓電晶體,光學(xué)晶體,激光晶體,半導(dǎo)體晶體)的切割角度,與切割機配套可用于上述晶體的定向切割,是精密加工制造晶體器件不可缺少的儀器.該儀器廣泛應(yīng)用于晶體材料的研究,加工,制造行業(yè)6、X射線衍射的應(yīng)用（擴展了解）應(yīng)用之一：XRD應(yīng)用之二測定方法特點外貌觀察法鑒定晶體的解理或破碎特征可能是破壞性的，精確度差用顯微鏡觀察微細(xì)的生長小平面通常限定于測定低指數(shù)晶面，精確度中等用肉眼或顯微鏡觀察腐蝕坑須有可用的選擇性腐蝕劑，最適宜低角度晶面，精確度中等光點定向法測定低指數(shù)晶面，精確度好X射線衍射法適合測定任何取