文档介绍：激光定向与硅单晶中位错、层错的观察

实验目的
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实验原理
要研究半导体性质和制造半导体器件,其首要的条件是应有特定电性能,完整性好的半
导体单晶,对单晶特性参数的测试是半导体材料物理研究的重要方面。

一、激光晶轴定向

半导体单晶是具有一定晶向的,检测它的方法很多,这里主要介绍激光晶轴定向法。

上,用特制的光点反射仪来代替金相显微镜,可以较精确的从光学屏上反射出的图形位置来
确定晶体的晶向,而激光定向就是用激光晶轴定向仪代替金相显微镜。它是基于各个晶轴方
向具有不同的对称性,因而围绕这些晶轴腐蚀坑或解理面也具有不同对称分布的特征如图一
所示。

图1

当一束激光通过准直器从光屏中心的小孔中射出,并投射在被腐蚀或解理过的晶体端面
上时,即产生若干束具有一定对称分布的反射光,其反射光即按端面上的结晶学构造(腐蚀
坑或解理面)在光屏上显示出特征光图,由此可判断晶向。下面分别叙述金相腐蚀法和解理
法在单晶端面上获得结晶学构造与特征光图的关系。
(1)金相腐蚀法
在进行金相腐蚀之前,应先将晶体端面用 80#金刚砂在平板玻璃上湿磨,使在端面上解
理出无数微小的解理坑,洗净后,按指定的腐蚀工艺条件进行腐蚀。本实验定向的硅单晶,
在 5%的 NaOH 水溶液中沸腾煮 7 (111),(100),(110)晶面,
腐蚀坑底的平面是垂直于上述相应晶轴的晶面,而其边缘上的几个侧面则为另一些具有特定
的结晶学指数的晶面族,这些侧面按轴对称的规律围绕着腐蚀坑的底面,从而构成各种具
10μ的数量级,而激光束的直径为 1mm,
因而同一束激光可以照射到许多腐蚀坑上。每一腐蚀坑在表面上的分布虽然是不规则的,但
每个腐蚀坑均具有严格的轴对称性,因而它们每一个相应的侧面都取相同的方向,从而将平
行的入射光也反射在相同的方向。如将一晶体置于激光定向仪的晶体夹具上,调整各个方位,
使被测晶轴的方向与入射的激光轴相平行,于是,在光屏上就显示出反映晶轴对称性的特征
光图。见图二。

图二、<100><111><110>的特征光图

用腐蚀法处理获得的特征光图十分清晰,有利于提高定向精度。但晶锭的端面如果与被
测晶向偏离太大,一般情况下如超过 10。则腐蚀坑的对称性就被严重破坏了,显示不出对称
形的光图。这就限制了采用腐蚀法前处理工艺的定向范围。
(2)解理法
将待测晶锭一端先磨成锥形,在盛有 80#金刚砂的研钵中研磨,使锥形端面解理出许多
微小的解理面,这些解理面都是按一定的晶向解理出来的,因而包含着结晶学构造中的各
种方向特征。
图三给出了面心立方晶系(111),(110),(100)各晶面之间相对位置的示意图。
对于硅单晶一类的金刚石结构,其一级解理面为(111),这是由于这个晶面族之间的原
子间距最长,引力最小,最容易在外力作用下解理出来。
由图三可以看出: