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(diǎn)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(diǎn){110}二、晶向檢測的常用方法

外貌觀察法

光點(diǎn)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(diǎn)定向測試1、光點(diǎn)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(shí)，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(duì)稱性就會(huì)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(gè)工作臺(tái)，可同時(shí)進(jìn)行操作，右側(cè)工作臺(tái)帶有托板，可對(duì)圓柱形晶體進(jìn)行端面與柱面定向，也可以對(duì)晶片的端面進(jìn)行定向，左側(cè)工作臺(tái)可對(duì)晶片的端面進(jìn)行定向，儀器精度為±30″最小讀數(shù)為1″，數(shù)字顯示。

4、光點(diǎn)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(jī)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(qiáng)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(duì)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(shí)，在X射線作用下晶體的若干層原子面會(huì)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(diǎn)。

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(huì)發(fā)生衍射現(xiàn)象。衍射時(shí)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(jí)，甚至比波長還要小時(shí)，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(shí)將會(huì)發(fā)生衍射；衍射波疊加的結(jié)果使射線的強(qiáng)度在某些方向上增強(qiáng)、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(shí)，即

相鄰原子面散射波干涉加強(qiáng)，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(duì)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(shí)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(dòng)測角儀，使樣品圍繞水平和垂直軸轉(zhuǎn)動(dòng)，當(dāng)樣品表面轉(zhuǎn)到一定位置時(shí)，在計(jì)數(shù)管內(nèi)會(huì)出現(xiàn)最大的衍射強(qiáng)度，記下圍繞水平方向轉(zhuǎn)動(dòng)角α和垂直方向轉(zhuǎn)動(dòng)角β。可以證明，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(jī)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(jī)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(kuò)展了解）應(yīng)用之一：XRD應(yīng)用之二測定方法特點(diǎn)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(diǎn)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