第二章-晶向检测(之一)课件.ppt

1、第二章第二章 晶向与晶体缺陷检测晶向与晶体缺陷检测本章内容本章内容一、晶向检测一、晶向检测二、晶体缺陷检测二、晶体缺陷检测三、光学显微镜技术三、光学显微镜技术四、电子显微镜技术四、电子显微镜技术一、一、晶向检测晶向检测1 1、硅单晶的特点、硅单晶的特点硅单晶晶体结构硅单晶晶体结构a=5.43 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金刚石结构。是垂直于晶面的矢量。通常用密勒指数是垂直于晶面的矢量。通常用密勒指数(h,k,l)(h,k,l)表示。表示。hklhkl晶向和晶向和晶面垂直晶面垂直 (a)100 (b)110 (a)100 (b)110 (c)111(c)11

2、12 2、晶向、晶向硅单晶的不同晶面结构及其特点硅单晶的不同晶面结构及其特点110110二、晶向检测的常用方法二、晶向检测的常用方法 外貌观察法外貌观察法 光点定向法光点定向法 （工业生产中常用方法）（工业生产中常用方法）X X射线衍射法射线衍射法 （工业生产中常用方法）（工业生产中常用方法）（一）光点定向测试（一）光点定向测试1 1、光点定向测试仪原理结构图、光点定向测试仪原理结构图 硅单晶的光学定向图形硅单晶的光学定向图形G 2 2、样品处理、样品处理腐蚀坑的显示腐蚀坑的显示 硅单晶硅单晶 的光学定向图形的光学定向图形 晶向偏离度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

3、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。G 3 3、晶向偏离度的测试、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。G 4 4、光点定向的应用、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）（三）X X射线衍射法射线衍射法 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射线的波长范围之内，X

4、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 X射线衍射是研究物质微观结构的最主要的方法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。G 1 1、X X射线简介射线简介 衍射衍射（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

5、光环，叫衍射图样。产生衍射的条件是：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。晶体可以作为晶体可以作为X X射线的空间衍射光栅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布拉格父子(W.H.Bragg,W.L.Bragg)在劳厄劳厄发现的基础上,不仅成功地测定了NaCl、KCl等的晶体结构,并提出了作为并提出了作为晶体衍射基础的著名公式晶体衍射基础的著名公式

6、布拉格定律布拉格定律：G 2 2、X X射线衍射及布喇格定律射线衍射及布喇格定律 n当相邻原子面散射后的光程差当相邻原子面散射后的光程差(2dsin(2dsin)等于入射光波长等于入射光波长的整数倍时，即的整数倍时，即 相邻原子面散射波干涉加强，产生明显的衍射光束。相邻原子面散射波干涉加强，产生明显的衍射光束。ndsin2布拉格定律衍射布拉格定律衍射掠射角掠射角X X射线入射射线入射X X射线被晶格原子散射后出射射线被晶格原子散射后出射上原子层上原子层下原子层下原子层 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；222/lk

7、hadhkl(2.2)，表2.4X-ray Diffraction PatternX-ray Diffraction Pattern2 2 I ISimple CubicSimple Cubicl=l=2d2dhklhklsinsin hklhklBraggs Law:Braggs Law:l l(Cu K)=1.5418BaTiOBaTiO3 3 at T130 at T130o oC Cd dhklhkl2020o o 4040o o6060o o(hkl)图图2.9 X2.9 X射线衍射仪的原理结构示意图射线衍射仪的原理结构示意图 l X X射线衍射仪由射线衍射仪由X X射线发生器、测角

8、仪和探测记录系统射线发生器、测角仪和探测记录系统3 3部分组成部分组成3 3、X X射线衍射仪的组成射线衍射仪的组成X X射线发生器射线发生器测角仪测角仪探测记录系统探测记录系统2.X2.X射线测角仪射线测角仪3.X3.X射线的探测射线的探测4.4.（1 1）晶体结构（晶向、晶格常数、原子面间距）的测量）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经滤光片后得到单色x x射线照射到样品上射线照射到样品上，使样品表面与入射X射线束的掠射角为。l 4 4、X X射线衍射仪的使用与测量射线衍射仪的使用与测量2 2 I ISim

9、ple CubicSimple Cubicl=l=2d2dhklhklsinsin hklhklBraggs Law:Braggs Law:l l(Cu K)=1.5418d dhklhkl2020o o 4040o o6060o o(hkl)u通过 X射线衍射仪测试得到衍射角，根据布拉格公式求根据布拉格公式求得晶体的原子面间距得晶体的原子面间距d d；根据晶面与面间距的关系示，确定晶；根据晶面与面间距的关系示，确定晶体晶向体晶向.（2 2）晶向偏离度的测量）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

10、角和垂直方向转动角。可以证明，晶向的可以证明，晶向的偏离角度偏离角度与与、角的关系为角的关系为coscoscos由此可以求出样品表面的晶向偏离度。由此可以求出样品表面的晶向偏离度。5 5、半导体工业中单晶定向仪、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

11、究,加工,制造行业 6 6、X X射线衍射的应用（扩展了解）射线衍射的应用（扩展了解）应用之一：应用之一：XRDXRD应用之二应用之二表表2.2 2.2 三种测定晶向方法的说明三种测定晶向方法的说明本节复习题（本节复习题（请做请做2 2、3 3序号题序号题）1 1、理解测定晶向、晶向偏离度在半导体工业制造中的意义。、理解测定晶向、晶向偏离度在半导体工业制造中的意义。2 2、画图说明光点定向法检测晶体晶向的原理。、画图说明光点定向法检测晶体晶向的原理。3 3、利用、利用X X射线衍射法检测晶体晶向是基于什么原理？画图说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。明检测原理，并给出相应计算公式。