6

Лабораторная работа № 1 исследование структурных свойств полупроводников

Цель: ознакомление с металлографическим методом исследования полупроводниковых кристаллов (германия, кремния, арсенида галлия).

1. Теоретические сведения

Для изучения строения твердых тел широко используются электронная микроскопия, электронография, рентгеноструктурный анализ. Однако не теряет практической ценности и метод металлографии, не требующий дорогостоящего оборудования и длительной обработки ре­зультатов. С его помощью определяют фазовый состав слитка, степень его однородности, ориентировку отдельных кристаллов, крис­таллографическую структуру слитка и ее дефектность.

1. Определение кристаллического строения слитков

После кристаллизации в одном слитке может оказаться один, не­сколько и даже множество кристаллов, ориентированных беспорядочным образом относительно друг друга. Для определения строения слитка часть его или весь слиток подвергают травлению. Составы травителей для различных веществ различны и подбираются эксперимен­тально. Если слиток полупроводника представляет собой монокристалл, то после травления вся его поверхность будет выглядеть совершенно однородной, без какого-либо видимого различия участков. Аналогичный вид может иметь и поверхность слитка, состоя­щего из множества мелких кристалликов или зерен. Различие в строении этих двух слитков обнаруживается лишь при микроскопическом исследовании.

В большинстве случаев обязательным этапом подготовки поверх­ности образца к травлению и исследованию ее под микроскопом яв­ляется полировка, которая производится или химическим способом, или на специальном полировальном круге. Обработанная поверхность образца называется шлифом. На поверхности шлифа поликристалла после травления четко вырисовываются границы зерен, которые тра­вятся значительно быстрее, чем сами зерна. Границы зерен имеют вид темной сетки или линий (под микроскопом). У отдельных зерен при этом неодинаковые световые оттенки. Это результат того, что при неодинаковой ориентации зерна выходят на поверхность шлифа различными кристаллографическими плоскостями, характер и скорость травления которых также различны.

1.2. Определение ориентировки кристаллов по фигурам травления

В отличие от аморфных тел почти все свойства кристаллических веществ по разным направлениям различны. В частности, при хими­ческом взаимодействии кристаллов с травителями растворение их граней по разным кристаллографическим направлениям, как правило, происходит с различными скоростями.

Когда травление производится в слабом травителе и продолжи­тельное время, на гранях кристалла образуются правильные фигуры, которые получили название фигур травления. Они легко наблюдают­ся под микроскопом. Установлено, что фигуры травления на различ­ных кристаллографических плоскостях различны (рис.1).

Рис.1. Фигуры травления для плоскостей (111),(100) и (110) в структуре типа алмаза (германий и кремний)

По геометрии фигур травления можно судить об ориентации кристалла, а также о его монокристалличности. Если образец не представляет собой монокристалла_, в различных местах одной и той же грани фигуры травления будут различными. Точность определения ориентации кристалла методом фигур травления составляет 2-3°. Точнее определяется ориентация монокристалла рентгеновским методом.