Зміст (стр. 5 )

Основними параметрами, які визначають придатність епітаксіального шару для використання при виготовленні дискретних напівпровідникових пристроїв та ІС, є: концентрація носіїв заряду, густина дефектів, товщина шару. Товщину шару на кремнії вимірюють за інтерференцією ІЧ-променів; використовуючи техніку поперечних чи косих шліфів [ІІ, § 5, 3]; з допомогою поперечного зколу; шляхом спостереження ДУ. Три останніх метода – металографічні.

Так як ДУ зароджуються переважно на границі розділу шару та підкладки і утворюють правильні тетраедри, то висота цих тетраедрів рівна товщині шару. При орієнтації підкладки на площині (ІІІ) основою тетраедрів є рівносторонній трикутник, а висота тетраедра:

(3.2)

де L – довжина сторони рівностороннього трикутника (якщо тетраедр правильний, то всі його 6 ребер мають однакову довжину L). Для інших типів орієнтації можна знайти аналогічні вирази.

Якщо на епітаксіальній структурі виготовити косий шліф з кутом , то шляхом хімічного декорування можна виявити границю розділу підкладка – епітаксіальний шар і визначити товщину шару:

(3.3)

де a – відстань від вказаної границі розділу до поверхні шару вздовж косого шліфу (вимірюється під мікроскопом з допомогою об’єкт-мікрометру). ДУ виявляють шляхом слабкого травлення (на протязі 5-20 с) в суміші: 30 см3 HF, 10 см3 HF, 120 см3 CH3COOH (оцтова або льодяна кислота).

5. Хід роботи

5.1. Визначити з запропонованого набору злитків, проводячи їх огляд неозброєним оком після травлення, які з них мають полікристалічну, монокристалічну структуру або складаються з декількох великих кристалів. (із скількох?). Травлення злитків виконувати в поліруючому травнику (HF : HF = 1:3) на протязі 15 хвилин.

5.2. Виконати травлення з метою отримання дислокаційних ямок травлення на протязі приблизно 10 хвилин в селективному травнику Сіртла [його склад: (50 г CrO3 +100 мл H2O) + 100 мл HF + 100 мл H2O] торців двох запропонованих злитків; промити їх в дистильованій воді та висушити фільтрами.

Виконати під мікроскопом МЛ-2, використовуючи інтервал збільшень 150-600х, огляд протравлених торців та спостереження ямок травлення. Визначити, який із злитків є бездислокаційним.

Визначити густину дислокацій ND на одному з торців злитку кремнію (по дев’яти полях зору) та на обох торцях без дислокаційного кремнію (по одному полю зору).

5.3. Виготовити косий шліф (=3º) на епітаксіальній кремнієвій n-n+ структурі.

Визначити товщину епітаксіального шару двома методами: на одній частині епітаксіальної структури, використовуючи хімічне декорування косого шліфу, яке робить виразною границю епітаксіального шару та підкладки; положення границі вимірюють під мікроскопом МБС, оснащеним об’єкт-мікрометром; на іншій частині цієї ж епітаксіальної структури – по спостереженню дефектів упаковки; ця частина структури вже протравлена на предмет виявлення дислокацій, ДУ, ліній ковзання.

Порівняти результати, отримані обома методами.

5.4. На тій частині епітаксіальної структури, на якій в п.3 вивчались ДУ, спочатку знайти неозброєним оком лінії ковзання, оглядаючи поверхню епітаксіального шару. Потім спостерігати лінії ковзання під мікроскопом МЛ-2 та замалювати одну з них.

Визначити густину дислокацій в епітаксіальному шарі в трьох будь-яких полях зору (при цьому враховувати дислокації, які належать лініям ковзання).

5.5. Вивести зображення поверхні епітаксіального шару з виявленими лініями ковзання, дислокаціями, ДУ на екран телевізійного приймача. Після цього під контролем викладача, пересуваючи предметний столик мікроскопа, здійснити огляд епітаксіальної структури.

6. Методичні вказівки

6.1. Вказівки до п.2. Підрахунок кількості дислокацій здійснюють при такому збільшенні мікроскопу, щоб у полі зору знаходилося 30-40 ямок травлення. Вказаний підрахунок здійснюють в дев’яти полях зору, що лежать на двох взаємно перпендикулярних діаметрах, які проходять через точки вимірювання. Один з діаметрів перпендикулярний базовому перерізу (рис. 3.5).

Рис. 3. 5 Один з діаметрів перпендикулярний базовому перерізу

Густина дислокацій розраховується як середнє арифметичне з дев’яти вимірювань. Вибір поля зору здійснюється згідно рис. 3.5 та таблиці (для структур різного діаметру). Крайні точки вимірювання повинні знаходитися на відстані 3-4 мм від краю пластини. Для поверхні з орієнтацією (ІІІ) підраховують темні трьохгранні піраміди вершиною в центрі (лінії ковзання, які представляють собою ряд темних трикутників, розташованих в напрямку [ІІ0], входять в загальний підрахунок середньої густини дислокацій по пластині); для орієнтації (І00) – темні видовжені трикутники або округлі фігури травлення.

Залежність відстаней від центру до окремих полів (точок) при вимірюванні ND від величини діаметру пластини

Точки (поля зору)	Відстань від центру, мм
20	30	40	52	60
3	0	0	0	0	0
2,4,7	4,9	8,9	12,5	15,2	17,8
1,5,6	7,5	12,0	16,8	22,2	26,0
8	4,3	8,2	11,6	14,5	17,0
9	6,5	11,0	15,8	21,2	25,0

6.2. Вказівки до п. 5.3. Для вимірювання товщини епітаксіального шару методом хімічного декорування косого шліфу кремнієвої структури фторопластовою паличкою наносять краплю травника Сіртла в потрібних місцях косого шліфу (або вздовж всього косого шліфу). Через 40-50 с. Ретельно промивають структуру зі шліфом деіонізованою водою, висушують фільтрами. Оправку зі структурою розміщують на предметному столику мікроскопа так, щоб косий шліф було видно з однаковою чіткістю по всьому полю зору. Якщо зразок залишається на оправці, з допомогою якої виготовляли косий шліф, то необхідне розташування шліфа під мікроскопом реалізують, просто розміщуючи оправку зі зразком на предметному столику мікроскопа. Збільшення мікроскопа вибирають таким, що б відстань а [див. формулу (3.3)] від поверхні епітаксіального шару до виявленої травником границі розділу шар-підкладка складала більшу частину вимірювальної шкали. Якщо границя підкладки видна у вигляді смуги, то відлік ведуть по її краю зі сторони підкладки, але не зі сторони епітаксіального шару.

7. Прилади і матеріали

1.  Злитки кремнію: полікристалічний, монокристалічний та такий, що складається з декількох кристалів.

2.  Злиток кремнію та без дислокаційного кремнію.

3.  Кремнієва епітаксіальна структура.

4.  Обладнання для виготовлення косих шліфів, полірувальник, алмазна паста.

5.  Мікроскоп МЛ-2 та МБС, окуляри яких обладнані вимірювальною шкалою; об’єкт-мікрометр.

6.  Перехідник до мікроскопа МЛ-2, телекамера КТП-82 та телевізор.

7.  Травники: поліруючий, селективний (травник Сіртла).

8.  Фторопластові та пластмасові ємності.

9.  Пінцет з фторопласту чи оргскла.

10.  Фторопластова паличка.

11.  Тальк.

12.  Гумові рукавички.

13.  Паперові фільтри.

Контрольні запитання.

Засвоїти поняття: металографічний метод дослідження; кристалографічні площини та напрямки, індекси Міллера; структурні дефекти кристалу: дислокації, дефекти упаковки, лінії ковзання та ін.; атмосфера Котрелла; поліруючий та селективний травники; механізм їх дії (у застосуванні до кремнію); епітаксія, її використання у сучасній твердотільній електроніці [11, гл. 6]; шліф.

1.  Вплив структурних дефектів на якість ПЕТ [9, гл. 13].

2.  Чому плоскі фігури (трикутники, незамкнені трикутники), утворені ДУ на поверхні однієї і тієї ж епітаксіальної структури, мають різні розміри? Які розміри необхідно використовувати у формулі (3.2)?

3.  Отримати співвідношення (3.2).

Перелік рекомендованої літератури

Киреев полупроводников. – М.: Высш. шк., 1969.-590 с. Орешкин полупроводников и диэлектриков.- М.: Высш. шк., 1977.- 448 с. Практикум по полупроводникам и полупроводниковым приборам /Под ред. . – М.: Высш. шк., 1968. – 464 с. Павлов измерения параметров полупроводниковых материалов. – М.: Высш. шк.1987. – 240 с. Носов основы работы полупроводникового диода в импульсном режиме. – М.: Наука, 1968.- 264 с. Л, и др. А. С. № 000. Устройство для определения времени жизни неосновных носителей тока в p-i-n , 1983. Проведение исследований и изготовление оборудования для экспрессного измерения времени жизни в высокоомных кремниевых структурах. Отчет по НИР, № ГР 77002957. – Запорожье, 1977. Шалимова полупроводников.- М.: Энергия, 1976.- 416 с. Электроника дефектов в полупроводниках. – М.: Мир, 1974.- 464 с. , Дашевский полупроводников и диэлектриков: Учеб. Для вузов. – М.: Металлургия, 1988.- 574 с. , Юдин производства полупроводниковых приборов и интегральных микросхем. – М.: Высш. шк. 1986. – 368 с. Введение в физику полупроводников. – М.: Иностр. лит, 1959 - 430 с; Лысов по физике полупроводников. – М.: Просвещение 1976. – 208 с. Исследование электрофизических характеристик структур. Отчет по НИР. - Запорожье, 1982. – 87 с. Справочник по радиоизмерительным приборам /Под ред. . – М.: Сов. радио, 1977. - Т.1. – 232 с.

Учбове видання

Методичні вказівки

до лабораторного практикуму

Методичне видання

Кулинич Анатолій Григорович

Звонова Анастасія Василівна

Методичні вказівки

До лабораторного практикуму з дисципліни

„Вимірювання електрофізичних параметрів матеріалів”

Рецензент

Коректор

Відповідальний за випуск

Підп. до друку. Формат 60х84/16. Папір офсетний.

Умовн. друк. арк. 1,63. Умов. фарб.-відб. 1,74. Облік-вид. арк. 1,26. Тираж 100 прим. Зам. № 4-6498.Безкоштовно. ЗДУ, 330600, МСП 41, Запоріжжя, вул.

ДЮПЛ, 340050, Донецьк, вул. Артема, 96