Если у вас возникли сложности с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой - мы готовы помочь.
Предоплата всего
Подписываем
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА 1
ИЗУЧЕНИЕ МИКРОСТРУКТУРЫ И ОПРЕДЕЛЕНИЕ
ПЛОТНОСТИ ДИСЛОКАЦИИ НА ПОВЕРХНОСТИ
ПОЛУПРОВОДНИКОВОЙ ПЛАСТИНЫ
Цель работы: ознакомление с металлографическим методом
исследования полупроводников и определение плотности дис-
локаций.
Принадлежности к работе:
- микроскоп металлографический;
- образцы полупроводниковых пластин.
1. Краткие теоретические сведения
Свойства полупроводниковых приборов зависят как от чис-
тоты используемых материалов, так и от кристаллической струк-
туры и дефектности материалов.
Совершенство структуры реальных кристаллов нарушается
присутствием различных дефектов:
- нуль-мерных или точечных дефектов (вакансии, атомы в
междоузлиях, сочетание этих дефектов – двойные вакансии,
скопления и т. п.);
- одномерных или линейных дефектов (дислокации);
- двухмерных или поверхностных дефектов (границы зерен,
границы двойников, дефекты упаковки, поверхность кристалла);
- трехмерных или объемных дефектов (пустоты, включения
второй фазы и т. д.).
Изучение дефектов и их исправление :
зуются электронная микроскопия, электронография, рентгеност-
руктурный анализ и металлография.
протравить шлиф. Приготовление шлифа состоит из следующих
операций: вырезание из слитка пластины с определенной кри-
сталлографической ориентацией, механическая шлифовка, хи-
мическая полировка, химическое селективное травление.
Пластины отрезают от каждого конца слитка толщиной от 1
до 3 мм с кристаллографической ориентацией поверхности (111).
Механическую шлифовку для удаления поверхностных не-
ровностей, царапин и других повреждений, оставшихся после
резки, производят при помощи абразивных порошков карборун-
да или карбида бора, начиная с крупнозернистых (от 40 до
50 мкм), и последовательно переходят к тонким порошкам (от 10
до 20 мкм). После шлифовки пластину промывают водой и про-
тирают спиртом.
даемое при увеличении от 50 до 2000 раз и более. Микрострук-
турный анализ применяют для определения формы и размеров
более мелких кристаллических зерен материала.
Метод электронной микроскопии чаще всего реализуют с
помощью просвечивающей микроскопии, что дает возможность
контролировать структуру пленок толщиной до 100 нм при уве-
личении до 200 000 раз.
ный пучок направляют под очень маленьким углом к поверхно-
сти, по которой он как бы скользит и отражается от нее. Отра-
женные электроны образуют дифракционные картины (электро-
нограммы), на основании которых исследуют строение поверх-
ностных слоев.
деления интенсивности и направления отраженного рентгенов-
ского излучения. Приборы для таких измерений называют рент-
геновскими дифрактометрами (типа ДРОН). С помощью этих
приборов можно изучать кристаллическую структуру в 10 раз
более толстых пленок, чем с помощью электронографии, опре-
делять наличие и состав различных кристаллических фаз мате-
риала, исследовать текстуру материалов всех типов.
2. Методика проведения
металлографического анализа
2.1. Определение монокристалличности образца
Часто приходится определять степень монокристалличности
образца. Если слиток полупроводника представляет собой моно-
кристалл, то после травления вся его поверхность будет выгля-
деть однородной. Наличие же в слитке нескольких крупных кри-
сталлов, разориентированных друг относительно друга, обнару-
живается после травления по появлению контраста, обусловлен-
ного различной ориентацией плоскостей кристаллической ре-
шетки. Границы зерен травятся значительно быстрее, чем сами
зерна. Под микроскопом границы зерен будут выглядеть как
темная сетка или линии. Отдельные зерна при этом могут иметь
различные световые оттенки. Еще более четко будут различаться
зерна разного фазового состава.
2.2. Определение ориентации кристаллов
по фигурам травления
На рис. 1.1 показаны три наиболее важные кристаллографи-
ческие плоскости и направления для кубической решетки (по-
ложения плоскостей даны в индексах Миллера).
Рис. 1.1. Наиболее важные кристаллографические плоскости
и направления для кубической решетки.
Рис. 1.2. Фигуры травления для плоскостей (100), (110), (111).
По геометрии фигур травления можно судить об ориентации
кристалла, о присутствии тех или иных элементов симметрии, а
также о его монокристалличности. В том случае, если образец не
представляет собой монокристалл, в различных местах одной и
той же грани фигуры травления будут различными. Точность
определения ориентации кристалла методом фигур травления
составляет от 2 до 3 градусов.
2.3. Определение плотности дислокаций в кристалле
Плотность дислокаций рассчитывают по
количеству ямок травления. Подсчитав число ямок травления
под микроскопом, можно приблизительно определить число
дислокаций, приходящихся на один квадратный сантиметр трав-
леной поверхности шлифа. Расчет средней плотности ямок трав-
ления Nd производится по формуле
Nd=n/s
где п – среднее количество дислокационных ямок в поле
зрения микроскопа;
s – площадь поля зрения микроскопа, м2.
Плотность дислокаций монокристаллического кремния:
(3/5)108 м2.
3. Порядок выполнения работы
на оптическом микроскопе
3.1. Ознакомиться с устройством, оптической системой мик-
роскопа (рис. 1.3) и его внешним видом.
1 – источник света; 2 – коллектор; 3 – осветительная линза; 4 – ири-
совая диафрагма; 5 – полупрозрачная пластинка; 6 – объектив; 7 – объект;
8 – линза; 9 – окуляр; 10 – диафрагма темного поля; 11 – кольцевое зер-
кало; 12 – параболический коллектор; 13 – призма окулярной насадки;
14 – светофильтр ЖЗС-5.
Рис. 1.3. Оптическая система микроскопа
1 – основание микроскопа; 2 – предметный плавающий столик; 3 –
винт для закрепления столика; 4 – колонка; 5 – корпус микроскопа; 6 –
маховичок микроподачи; 7 – маховичок грубой фокусировки; 8 – тубус;
9 – окулярная насадка; 10 – патрон с лампочкой; 11 – винт для закрепле-
ния патрона; 12 – центрировочный винт патрона; 13 – рамка; 14 – ручка
для выключения полупрозрачной пластинки; 15 – винт хомутика; 16 –
стопорный винт; 17 – хомутик
Рис. 1.4. Внешний вид оптического микроскопа
Т а б л и ц а 1.1
Определение плотности дислокаций