第五章 位错和层错的电子衍射衬度分析-大学ppt
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实验半导体材料层错、位错的显示通常制造电子器件要求所采用的半导体材料是单晶体,就是说要求材料的原子排列严格按照一定的规律。
但是由于种种原因,实际的单晶中往往存在某些缺陷,位错就是其中的一种。
在硅单晶中,由于种种原因,特别在高温下材料的内应力使原子面间产生滑移,晶面局部产生范性形变,这种形变即形成位错,使得完整的晶体结构受到破坏。
在外延生长过程中,原子的排列仍然要按一定的顺序,但是由于如样品表面机械损伤、表面沾污气体不纯等种种原因,使得外延层原子的排列次序发生了错误,这种原子层排列发生错乱的地方叫层错,它是一种面缺线。
半导体材料中位错的存在对晶体管集成电路器件的电学和力学性质都有影响。
层错对器件制造工艺的影响和位错相似,可以造成三极管发射区-收集区穿通,也可以不同程度的影响p-n结的反相特性,一般要求外延层中的层错密度小于102/cm2,大规模集成电路则要求更小。
位错的显示方法有X射线法、电子显微镜法和铜缀饰红外透射法等,最简单常用的是腐蚀金相法,本实验就采用腐蚀金相法。
这种方法的优点是设备简单,其缺点是只观测到与被测点相交的位错线。
本实验的目的是掌握金相显微镜的使用方法;熟悉半导体材料硅单晶片的位错、外延层层错的显示方法;掌握计算层错、位错密度以及外延层厚度的方法。
一、实验原理在硅单晶中,有位错的地方其原子的排列失去规则性,结构比较松散,在这里的原子具有较高的能量,并受到较大的张力,因此在位错线和表面相交处很容易被腐蚀形成凹下的坑,即所谓腐蚀坑,我们正是利用这个特性来显示位错和层错的。
1.层错的腐蚀硅的晶体结构是金刚石结构,在(111)方向上它的排列次序是:AA´BB´CC´即三个双层密排面一个重复周期。
假设外延衬底表面层的原子是按A原子层排列,那么按正常次序外延生长的第一层原子应为A´原子层。
但由于表面沾污、伤痕或晶格缺陷、原子在该处沉积等原因,使得表面某一区域出现反常,不是按A‘原子面排列,而是按B原子面排列,以此类推,形成了ABB´CC´AA´...... 的排列。