晶体缺陷与强度理论.pptVIP

半导体晶体缺陷显微镜研究中的若干方法 显微镜研究晶体缺陷的两个方面 用显微镜研究晶体缺陷的发展可分为两个方面: 其一是采用各种专用显微镜。例如, 根据泽尼克原理制造的位相衬度显微镜 (它能把物体产生的位相衬度转换成可见的强度衬度)，和根据诺玛斯基原理制造的微分千涉衬度显微镜等。 其二是在样品的制备和处理方面主要是寻找优秀的腐蚀剂。每种晶体都有一系列的腐蚀剂, 而且还在不断出现新型的腐蚀剂. 在掺Te的GaAs单晶中，我们要观察一个平面型的位错网络，根据缺陷的知识，可断定这个网络所在的平面平行于一个{111}面。根据腐蚀剂的性质，我们选用A/B腐蚀剂，因为它适用于GaAs单晶的各低指数面，对(111), 显示面比较清晰，且能显示出位错线。在标准条件下(65℃，10分钟)，A/B腐蚀剂的腐蚀深度d约为0.01 mm。 如果选定的金相面平行于网络所在的(111)面，那么在制备金相面时很可能不是把网络去掉了，就是与网络的距离大于腐蚀深度d。在这两种情况下，腐蚀后都不能显示出位错网络来。 为了提高观察到网络的几率，我们使选定的金相面与网络所在的平面成一小的夹角α ，取α≈1 0 网络所在的{111}面为PQ，它和金相面MN的夹角为α≈1 0从表面MN腐蚀掉d ≈ 0.01mm的一层，得到金相观察表面UV，显示出网络宽度OA。通过简单的几何计算，可以得到 OA=0.5mm。 取a为1 0对金相观察是较适宜的。 晶体缺陷显微镜研究中的方法 缀饰法 腐蚀剂有时对某些晶体缺陷不能显示，或者用透射法观察时不能产生明显的衬度，此时可采用扩散的方法或其他方法使某些重金属原子优先淀积在缺陷上，这就称为用重金属原子对晶体缺陷进行了缀饰。 经过缀饰的晶休缺陷容易用腐蚀剂显示，这是由于缺陷上淀积了重金属原子，它们对光线强烈散射，当用透射显微镜观察时可形成强烈的反差 。 在半导体材料硅单晶上，Dash用铜缀饰样品，并对位错进行了观察。由于Si是不透明的，因而他使用了对Si是透明的红外显微镜。在加温和应力的条件下拍得的一个正在开动的位错增殖机――Frank-Read源。 微缺陷的增强 微缺陷严重地影响着电路的成品率，当它们的尺度较大时可以用腐蚀法显示，用金相显微镜观察.当它们刚刚成核，没有经过长大的过程时，由于尺度很小，就不能用腐蚀法显示和观察，这时，可在1100℃进行3小时的热处理，使这些核长大，我们称之为使微缺陷增强,经过增强处理的微缺陷可以腐蚀显示。 利用微缺陷与位错的相互作用观察位错 根据相关文献中对半绝缘砷化镓单晶中晶体缺陷的化学腐蚀后显微观察及TEM、SEM研究结果可知：在GaAs晶体中微缺陷由于受到位错应力场的作用而被吸附到位错附近，在位错密度较低区域，微缺陷呈点状分布，随位错密度增大，由于同号位错相互吸引，异号位错相互排斥而形成位错排、星型结构或网状结构分布。微位错也同样按线状、星状结构或网络结构分布。 也就是说微缺陷与位错分布有着强烈的依赖关系，位错吸附微缺陷，微缺陷缀饰位错。 磨层腐蚀与连续腐蚀 当金相表面出现某些腐蚀坑时，为了确定它们是不是位错露头，可采用磨层腐蚀法。如果在前后两次获得的照片上蚀坑的数目和位置一一对应，则可断定这种蚀坑对应于位错露头。因为位错是一种线状缺陷，是从露头处向晶体内部延伸，因而去掉一层后，在新的表面上仍然有露头存在。因磨层不是太厚，露头的位置也不会移动很大。磨层腐蚀也可进行多次，每次都拍下金相照片，并测出磨层的厚度，这样就可以描绘出位错线的立体分布 。 应当注意到有时位错坑会减少，这可能是因为位错线的走向变得平行于晶体表面的缘故。 投影腐蚀与立体腐蚀 根据报道，某些腐蚀剂具有“记忆效应”，就是说，在金相面上腐蚀得到的腐蚀图样，当继续进行腐蚀时，尽管晶体缺陷本身已经被腐蚀掉了，但他们的腐蚀图形仍然留在新的腐蚀表面上。当一片晶片内分布着若干位错线，只要加长腐蚀时间，所有位错线的腐蚀图形都会保存在最后的一个金相面上。这相当于该晶片中所有的位错线在这个最后的金相面上的二维投影。将拍得的金相照片与透射X射线形貌照片相比较，发现各条位错线能很好对应。Shifrin报道了多种半导体晶体和多种腐蚀剂都有投影腐蚀的现象。 在用A/B腐蚀剂对重掺Te, GaAs材料的腐蚀研究中看到，在最后的金相面上，位错的腐蚀图形的宽度，与原位错线距该金相面的距离对应，也就是说，距该金相面越远的位错线，得到的腐蚀图形越宽，越近则越窄，因而就出现了立体感这一效果。根据位错线腐蚀图形的宽窄，可以判断出位错线距该金相面的远近。 利用投影和立体腐蚀的方法观察到掺Te的GaAs单晶中的螺线位错图中字母B所标出的两段清楚地显示了立体腐蚀的效果。 * * 金相面的确定 硅单晶漩涡缺陷的铜缀饰腐蚀显示实验：在研究Si中Cu行为的基础上 拟定