晶向检测(之一).ppt

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1、第二章 晶向与晶体缺陷检测,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,一、晶向检测,1、硅单晶的特点,硅单晶晶体结构a=5.43,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。,是垂直于晶面的矢量。通常用密勒指数(h,k,l)表示。hkl晶向和晶面垂直,(a)100(b)110(c)111,2、晶向,硅单晶的不同晶面结构及其特点,110,二、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）,（一）光点定向测试,1、光点定向测试仪原理结构图,硅单晶的光学定向图形,2、样品处理腐蚀坑的显示,硅单晶 的光

2、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,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,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。,（三）X射线衍射法,X射线的波长范围一般为10-2102，有强的穿透能力，原子和分子的距离（110）正好在X射线的波长范围

3、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,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

4、，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,当相邻原子面散射后的光程差(2dsin)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

5、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,对于半导体硅，它具有金刚石结构，其晶格常数a5.43073，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,X-ray Diffraction Pattern,2,I,Simple Cubic,l=2dhklsinhkl,Braggs Law:,l(Cu K)=1.5418,BaTiO3 at T130oC,dhkl,20o,40o,60o,(hkl),图2.9 X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,

6、测角仪,探测记录系统,2.X射线测角仪,3.X射线的探测,4.,（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。,4、X射线衍射仪的使用与测量,2,I,Simple Cubic,l=2dhklsinhkl,Braggs Law:,l(Cu K)=1.5418,dhkl,20o,40o,60o,(hkl),通过 X射线衍射仪测试得到衍射角，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.,（2）晶向偏离度的测量 转动测角仪，使样品围绕水

7、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和垂直方向转动角。可以证明，晶向的偏离角度与、角的关系为,由此可以求出样品表面的晶向偏离度。,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。,精密快速地测定天然和人造单晶(压电晶体,光学晶体,激光晶体,半导体晶体)的切割角度,与切割机配套可用于上述晶体的定向切割,是精密加工制造晶体器件不可缺少的仪器.该仪器广泛应用于晶体材料的研究,加工,制造行业,6、X射线衍射的应用（扩展了解）,应用之一：,XRD应用之二,表2.2 三种测定晶向方法的说明,本节复习题（请做2、3序号题）,1、理解测定晶向、晶向偏离度在半导体工业制造中的意义。2、画图说明光点定向法检测晶体晶向的原理。3、利用X射线衍射法检测晶体晶向是基于什么原理？画图说明检测原理，并给出相应计算公式。,