1、第二章晶向检测之一优选第二章晶向检测之一一、一、晶向检测晶向检测1 1、硅单晶的特点、硅单晶的特点硅单晶晶体结构硅单晶晶体结构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金刚石结构。是垂直于晶面的矢量。通常用密勒指数是垂直于晶面的矢量。通常用密勒指数(h,k,l)(h,k,l)表示。表示。hklhkl晶向和晶向和晶面垂直晶面垂直 (a)100 (b)110 (c)1112、晶向晶向硅单晶的不同晶面结构及其特点硅单晶的不同晶面结构及其特点110二、晶向检测的常用方法二、晶向检测的常用方法 外貌观察法外貌观察法 光点定向法光点定向法 （工业生产中常用方法）（工业生产中常用
2、方法）X X射线衍射法射线衍射法 （工业生产中常用方法）（工业生产中常用方法）（一）光点定向测试（一）光点定向测试1、光点定向测试仪原理结构图、光点定向测试仪原理结构图 硅单晶的光学定向图形硅单晶的光学定向图形G 2 2、样品处理、样品处理腐蚀坑的显示腐蚀坑的显示 硅单晶硅单晶 的光学定向图形的光学定向图形 晶向偏离度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。G 3 3、晶向偏离度的测试、晶向偏离度的测试 此型仪器设有两个工作台，可同时进行操作，右侧工作台带有托板，可对圆柱形晶体进行端面与柱面
3、定向，也可以对晶片的端面进行定向，左侧工作台可对晶片的端面进行定向，仪器精度为30最小读数为1，数字显示。G 4 4、光点定向的应用、光点定向的应用 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）（三）X射线衍射法射线衍射法 X射线的波长范围一般为10-2102，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 X射线衍射是研究物质微观结构的最主要的方法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
4、射布喇格定律衍射，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。G 1 1、X X射线简介射线简介 对于半导体硅，它具有金刚石结构，其晶格常数a5.(a)100 (b)110 (c)111Simple Cubic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。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。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；衍射现象是波的特有
5、现象，一切波都会发生衍射现象。9 X射线衍射仪的原理结构示意图衍射现象是波的特有现象，一切波都会发生衍射现象。优选第二章晶向检测之一l=2dhklsinhkl1、光点定向测试仪原理结构图Braggs Law:优选第二章晶向检测之一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。4、X射线衍射仪的使用与测量（1）晶体结构（晶向、晶格常数、原子面间距）的测量 硅单晶的不同晶面结构及其特点衍射衍射（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
6、衍射的条件是：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。晶体可以作为晶体可以作为X射线的空间衍射光栅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。1913年英国物理学家布拉格布拉格父子(W.H.Bragg,W.L.Bragg)在劳厄劳厄发现的基础上,不仅成功地测定了NaCl、KCl等的晶体结构,并提出了作为晶并提出了作为晶体衍射基础的著名公式体衍射基础的著名公式布拉格定律布拉格定律：G
7、2 2、X X射线衍射及布喇格定律射线衍射及布喇格定律 n当相邻原子面散射后的光程差当相邻原子面散射后的光程差(2dsin(2dsin)等于入射光波长等于入射光波长的整数倍时，即的整数倍时，即 相邻原子面散射波干涉加强，产生明显的衍射光束。相邻原子面散射波干涉加强，产生明显的衍射光束。ndsin2布拉格定律衍射布拉格定律衍射掠射角掠射角X X射线入射射线入射X X射线被晶格原子散射后出射射线被晶格原子散射后出射上原子层上原子层下原子层下原子层 对于半导体硅，它具有金刚石结构，其晶格常数a5.43073，其面间距与一些主要的低指数晶面(h、k、l)的关系为；222/lkhadhkl(2.2)，表
8、2.4X-ray Diffraction Pattern2 ISimple Cubic=2dhklsin hklBraggs Law:(Cu K)=1.5418BaTiO3 at T130oCdhkl20o 40o60o(hkl)图图2.9 X射线衍射仪的原理结构示意图射线衍射仪的原理结构示意图 l X X射线衍射仪由射线衍射仪由X X射线发生器、测角仪和探测记录系统射线发生器、测角仪和探测记录系统3 3部分组成部分组成3 3、X X射线衍射仪的组成射线衍射仪的组成X X射线发生器射线发生器测角仪测角仪探测记录系统探测记录系统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
9、业专用设备。Simple Cubic衍射时产生的明暗条纹或光环，叫衍射图样。由此可以求出样品表面的晶向偏离度。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：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。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。(a)100 (b)110 (c)1113、X射线衍射仪的组成X射线衍射法 （工业生产
10、中常用方法）硅单晶 的光学定向图形优选第二章晶向检测之一硅单晶的不同晶面结构及其特点43073，其面间距与一些主要的低指数晶面(h、k、l)的关系为；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。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。衍射时产生的明暗条纹或光环，叫衍射图样。l=2dhklsinhklhkl晶向和晶面垂直1913年英国物理学家布拉格父子(W.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。2.X射线测角仪射线测角仪3.X射线的探测
11、射线的探测4.（1 1）晶体结构（晶向、晶格常数、原子面间距）的测量）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经滤光片后得到单色x x射线照射到样品上射线照射到样品上，使样品表面与入射X射线束的掠射角为。l 4 4、X X射线衍射仪的使用与测量射线衍射仪的使用与测量2 ISimple Cubic=2dhklsin hklBraggs Law:(Cu K)=1.5418dhkl20o 40o60o(hkl)u通过 X射线衍射仪测试得到衍射角，根据布拉格公式求根据布拉格公式求得晶体的原子面间距得晶体的原子面间距d d；根
12、据晶面与面间距的关系示，确定晶；根据晶面与面间距的关系示，确定晶体晶向体晶向.硅单晶的不同晶面结构及其特点Braggs Law:X射线衍射法 （工业生产中常用方法）3、晶向偏离度的测试2、X射线衍射及布喇格定律2、X射线衍射及布喇格定律相邻原子面散射波干涉加强，产生明显的衍射光束。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。（1）晶体结构（晶向、晶格常数、原子面间距）的测量 l=2dhklsinhklBraggs Law:Braggs Law:优选第二章晶向检测之一X射线衍射法 （工业生产中常用方法）Simp
13、le Cubic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。X射线衍射法 （工业生产中常用方法）（2 2）晶向偏离度的测量）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，晶向的可以证明，晶向的偏离角度偏离角度与与、角的关系为角的关系为coscoscos由此可以求出样品表面的晶向偏离度。由此可以求出样品表面的晶向偏离度。5 5、半导体工业中单晶定向仪、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。
