【2017年整理】硅单晶中晶体缺陷的腐蚀显示.doc
文本预览下载声明
硅单晶中晶体缺陷的腐蚀显示
实验安排:4人/组
时间:两小时
地点:北方工业大学第三教学楼2403房间
实验所用主要设备:金相显微镜
一、实验目的
硅单晶中的各种缺陷对器件的性能有很大的影响,它会造成扩散结面不平整,使晶体管中出现管道,引起p-n?结①沿硅单晶棒的[111](或[100]、[110])晶向垂直切下薄圆片(偏角必须小于7度,越小越好)依次用300#、600#、302#、303#金刚砂细磨其表面。
②把样品放入10%的“海鸥水”中加热至沸腾约10-20分钟去除油污,然后用去离子水冲洗干净。
③把样品放入化学抛光液中腐蚀去除研磨损伤层,化学抛光液即前述的非择优腐蚀液。必须将样品浸没在腐蚀液中,而且要不停地搅拌以增强抛光的均匀性,抛光结束后用去离子水将样品冲洗干净。
④把样品放入HF溶液中漂洗,除去残存的氧化层,再用去离子水冲洗干净,经上述处理后即可得到一个清洁的、光亮如镜的表面。
外延片本身是平整的镜面,可不必作任何预处理。
(2)样品的化学腐蚀显示
①腐蚀剂的配制
对于(111)面的样品希尔腐蚀液是一种十分有效的显示液,它的配方如前所述,可针对缺陷(如位错)密度高低而分别选用A-D液,一般常用的为C液。还可以用增减HF来调整腐蚀速率,HF增加,腐蚀速率增大;反之则减小。此种腐蚀剂对(110)②样品的腐蚀
将(111)面样品放入希尔腐蚀液中,根据不同样品所要显示的不同缺陷,选用不同的腐蚀时间和腐蚀温度。
通常显示层错在室温下腐蚀时间是10-30秒左右,显示位错在室温下腐蚀5-10分钟,对微缺陷显示要求在沸腾的腐蚀液中腐蚀2-3分钟,若在室温下往往需要腐蚀20-30分钟。对(110)面的缺陷腐蚀条件类似。腐蚀结束后用去离子水冲洗干净。
将抛光好的(100)样品放入达希腐蚀液中,在35度的恒温条件下,腐蚀3-4小时后可显示位错。腐蚀结束后用去离子水冲洗干净,然后检查表面是否有氧化膜而影响观察,可将样品放入用过的希尔液中浸泡15-20分钟以去除氧化膜,同时还可扩大腐蚀图形便于进行观察。
2. 金相显微镜观察
(1)将照明灯泡电线与变压器相接,然后接上变压器电源,开亮照明灯泡,选择适当的亮度。
(2)在物镜转换器上装一个八倍物镜并转到工作位置,在目镜管上装上15倍目镜,并把被测样品放在载物台上;
(3)缓慢转动粗调焦手轮,观察到图像后,再进一步使用细调焦手轮,调到图像清晰为止。
(4)调节孔径光栅,使整个视场获得最明亮而均匀的照明;
(5)转动载物台位置,选择所需观察的位置并且仔细地观察各种物象的图形,记下位置和视场中缺陷(如位错)的数量。根据不同的情况和要求可转动物镜转换器或调换目镜来获得各种放大倍数;
(6)用石英标准微米尺标定显微镜视场直径,并计算视场面积。如果换用物、目镜则需重新进行标定。
3.金相显微摄影
将观察到的缺陷图形通过与显微镜相连的计算机数据采集卡读入计算机,并保存起来;
4. 缺陷计数
位错、层错和微缺陷常常用单位面积上的缺陷数目来表示:
N=n/S, 式中n表示视场中观测到的缺陷数目,S为视场面积。
为了正确反映晶体内缺陷的密度情况,一般取几个点的读数进行平均。
五、实验结果
1.对几块有位错、位错排、小角度晶界和微缺陷的单晶及有层错的外延片进行腐蚀显示后,用金相显微镜仔细地观察其蚀坑形态,并区分各种不同额缺陷;
2. 用金相显微摄影仪拍摄所观察到的各种缺陷的典型照片;
3. 对一块单晶样品的位错密度(或者微缺陷密度)作定量计数,求出缺陷密度。
思考题
1. 为什么位错蚀坑在(111)、(100)、(110)面上分别呈现三角形、方形和菱形?
2. (111)面上的位错蚀坑式三角形的,而微缺陷往往也呈三角形,如何区分?为什么?
3. 在单晶样品的腐蚀显示中往往发现有位错的区域就不存在微缺陷;而在微缺陷存在的区域里就没有位错,如何解释这种现象?
4. 在实验的过程中你是怎样理解和体会样品预处理的重要性的?
参考文献
1. 1976, Annual Book of ASTM Standards part 43, F416-577; F80-74; F47-70.
2. W.R.Runyan, “Semiconductor Measurements and Instrumentation”, McGraw-Hill Book Company, (1975) P21(2009—2012)高考试题阿伏伽德罗常数汇编练习版
1.(09年福建理综·8)设NA为阿伏伽德罗常数,下列叙述正确的是
A24g镁的原子量最外层电子数为NA
B1L0.1mol·L-1乙酸溶液中H+数为0.1NA
C1mol甲烷分子所含质子数为10NA
D标准状况下,22.4L乙醇的分子数为NA
.设NA 代表阿伏加德罗常数(NA
显示全部