第二章--晶向检测(之一).ppt

*,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,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,（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,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,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,-2,10,2,，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,，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。,1,913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,X-ray Diffraction Pattern,2,I,Simple Cubic,l,=,2d,hkl,sin,hkl,Braggs Law:,l,(Cu,K,)=1.5418,BaTiO,3,at T130,o,C,d,hkl,20,o,40,o,60,o,(,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,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,=,2d,hkl,sin,hkl,Braggs Law:,l,(Cu,K,)=1.5418,d,hkl,20,o,40,o,60,o,(,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。,