Оборудование для ориентации полупроводниковых пластин (стр. 4 из 5)

Приставка к установке УРС-50И (рис. 10, а на приложении 3) состоит из головки и электрического блока.

Головка предназначена для закрепления слитка (пластины) трехкулачковым патроном и вращения его в вертикальной плоскости впроцессе ориентировки. Головка состоит из основания 4, угольника 6,червячного редуктора 3, трехкулачкового патрона 5, обоймы 2и сельсина-приемника 1. В угольнике имеется прорезь, по которой после окончания ориентирования наносят карандашом стрелку, указывающую направление отклонения искомой плоскости ориентировки. Вращение образца в вертикальнойплоскости осуществляется припомощи сельсина-приемника и червячногоредуктора. Обойма и поджимной цилиндр предназначены для полного поджатия образца к плоскости угольника перед его закреплением в трехкулачковом патроне.

Электрический блок приставки (рис. 10, б на приложении 3) выполнен отдельно от головки, предназначен для дистанционного управления головкой и состоит из электродвигателя постоянного тока М, сельсина-датчика СД и регулятора напряжения РН. Изменяя выходное напряжение на автотрансформаторе, можно изменять угловую скорость вращения образца. При этом изменяется скорость вращения валов электродвигателя и сельсина-датчика, которые соединены между собой. Изменение скорости вращения сельсина-датчика вызывает, в свою очередь, изменение скорости вращениясельсина-приемника СП и в конечном итоге изменяется скорость вращения ориентируемого образца. Вращать образец можно вручную, для чего на другом конце вала электродвигателя имеется маховичок. Сельсины между собой соединены проводами с разъемами ШР.

Каждая головка должна быть подогнана и выверена под данную рентгеновскую установку. После изготовления головки при установке ее на гониометрическое устройство необходимо точно выдержать размер от плоскости базированияголовкиприставкидо середины щелей в рентгеновской трубке, угольнике и счетчике квантов. Наладку приставки лучше выполнять одновременно с наладкой рентгеновской установки.

Для надежной работы необходимо два раза в год проводить профилактический осмотр приставки и смазку трущихся деталей. Редуктор смазывают машинным маслом, которое заливают через крышку. Особое внимание следует обращать на состояние рабочей поверхности угольника, так какот длительной эксплуатации поверхность угольника, к которой прижимают ориентируемые слитки (пластины), со временем теряет первоначальную чистоту обработки, изнашивается. От точности изготовления угольника зависит точность ориентации, поэтому при профилактическом осмотре необходимо осматривать угольник и контролировать его базовые размеры. При отклонении размеров и чистоты поверхностиот заданных угольник необходимо отремонтировать илизаменить новым.

Рентгеновский аппарат представляет собой сложное устройство; работа на нем связана с опасностью облучения значительными дозами рентгеновских лучей, которые вредны для здоровья, поэтому, выполняя работу на рентгеновских установках, ими управляют дистанционно. Рабочее место рентгенолога должно находиться в специальном помещении, экранированном свинцовым экраном. В момент ориентации рентгенолог должен быть защищен опускающимся свинцовым стеклом определенной толщины. Рентгенологи должны периодически проходить инструктаж по безопасным приемам работы и медицинский осмотр.

Метод изломов. В практике измерений иногда возникает задача ориентировки плоскостей системы (100) для слитков, выращенных по направлению [111], или определения заданных кристаллографических направлений, лежащих в плоскости торца слитка. В частности, представляет интерес определить одно из направлений системы [110] в плоскости (111) или в плоскости (100) для последующего ориентированного скрайбирования. В этом случае целесообразно сочетать метод ориентировки по отражению с методом изломов, который был опробован одним Ю.А. Концевым и В.Д. Кудиным.

Суть метода заключается в следующем. После ориентировки слитка по плоскости (111) отрезают «горбушку», а затем параллельно плоскости (111) надрезают слиток примерно до середины диаметра. В надрез вставляют металлическую пластину и, нажимая острием из твердого сплава в точку, отстоящую на расстоянии, равном половине радиуса слитка от начала надреза, производят скол надрезанной пластины. Направление скола для таких материалов, как германий и кремний, в точности совпадает с одним из направлений [110], а плоскостью скола является одна из боковых плоскостей системы (111). Плоскость скола составляет угол, равный углу 70°32´ с торцом слитка. Далее определяют положение плоскости скола (рис. 11). Для выведения плоскостей системы (100) разворачивают слиток относительно оси, совпадающей с линией скола на угол 54°44', в направлении, показанном стрелками на рис. 11. Отрезав «горбушку», определяют правильность ориентировки, измеряя отклонение от угла θ для плоскости (100) методом, рассмотренным выше.

Для того чтобы зафиксировать направление [110] на пластинах, предназначенных для эпитаксиального наращивания, на боковой поверхности слитка срезают фаску, плоскость которой должна быть параллельной указанному направлению. Если плоскость фаски, кроме того, составляет с плоскостью торца прямой угол, то она будет совпадать с одной из плоскостей системы (112). В этом случае по срезанной «горбушке» также можно проверить правильность ориентировки, измеряя отклонение от угла θ для плоскости (112). Точность ориентировки может быть доведена до 10´, что значительно выше точности, достигаемой по методу Лауэ.

Метод Лауэ. Ориентировку монокристаллов полупроводниковых материалов по методу Лауэ производят на установках УРС-60 при использовании немонохроматического излучения. Так как в производстве применяются монокристаллы больших размеров, то используется съемка на отражение, т. е. метод эпиграмм. Принцип метода заключается в следующем. При падении рентгеновского излучения на торец слитка отраженные лучи возникают только от тех систем плоскостей hkl, для которых выполняется условие Вульфа-Брегга. Обычно используют отражения под большими углами θ, близкими к 90°. Используя камеру РКСО, устанавливают при помощи специального осветителя камеры отполированный торец слитка нормально падающему пучку рентгеновских лучей, т. е. параллельно поверхности рентгеновской пленки. Пучок рентгеновских лучей при этом проходит через специальное отверстие в кассете с пленкой.

Съемку производят в течение 0,5—1 ч. После проявленияпленки на эпиграмме выявляется система пятен, симметрия которых характеризует симметрию соответствующей кристаллографической оси слитка. Пример такой эпиграммы, соответствующей симметрии оси третьего порядка, показан на рис. 12. На эпиграмме отмечено также направление вертикальной оси (след проволоки, натянутой на кассету с пленкой) и имеется метка, позволяющая определить верх пленки и ее расположение в кассете. Далее по эпиграмме строят стереографическую проекцию (рис. 13).Измерив расстояние от пятна на эпиграмме до центра эпиграммы— BC, определяют угол θ из соотношения tg(180— 2θ)=а/r(рис.13). Представим себе, что точка Kявляется центром радиуса R. Нормаль к системе плоскостей hkl, проведенная из точки K, пересечет сферу в точке S. Если теперь точку O – полюс сферы — соединить с точкой S, то пересечение линии OS с диаметральной плоскостью сферы AА', т. е. точка Mи будет являться стереографической проекцией точки S. Легко видеть, что расстояниеKM= m = Rtg(45°—θ/2).Итак, каждому пятну Bможет быть сопоставлена точка Mна стереографической проекции. На практике расстояние rвыбирают постоянным (обычно равным30 мм).Радиус сферы выбирают равным100 мм, что соответствует радиусу стандартных сеток Вульфа, представляющих собой номограмму стереографических проекций параллелей и меридианов сферы. Обычно для построения стереографической проекции изготовляют специальную вспомогательную линейку, одна из шкал которой равна rtg( 180°—2θ)=rtg2θ, а другая m=Rtg(45°—θ/2).Измерив по одной шкале расстояние от центра эпиграммы до пятен и определив угол θ, откладывают на кальке при помощи другой шкалы расстояние m. Полученную стереографическую проекцию накладывают на стандартную стереографическую проекцию, построенную для «решетки алмаза (так называемую сетку Закса), таким образом, чтобы пятна на обоих проекциях совпадали. Затем при помощи сетки Вульфа определяют два угла, на которые необходимо повернуть слиток (вокруг оси, проходящей нормально к торцу слитка и вокруг вертикальной оси), чтобы вывести искомую кристаллографическую плоскость и произвести резку слитка по заданной кристаллографической плоскости.

Используя метод Лауэ, производят ориентацию и резку по плоскостям (100)слитков германия или кремния, выращенных в направлении [111]. Слитки арсенида галлия или других соединений AIIIВv, выращенные, например, по направлениям [112], ориентируют для резки по плоскостям (111) и др. Метод Лауэ используют также для ориентированной резки сапфира и других материалов.

Выводы и перспективы

У всех перечисленных выше методов есть свои недостатки. Рентгеновский метод – сложность оборудования и опасность для человеческого здоровья, а также быстрая снашиваемость некоторых узлов оборудования – делает этот метод пригодным в основном для лабораторных исследований. Хотя следует подчеркнуть высокую скорость и точность ориентирования слитков (пластин) в пространстве. Метод изломов используется как дополнительный метод после ориентации слитков (пластин) на рентгеновском оборудовании, следовательно, имеет те же недостатки и как достоинство наибольшую точность. Метод Лауэ требует много времени и имеет не большую точность, но позволяет ориентировать кристаллы большого размера. Оптический метод самый простой в применении, но уступает по точности рентгеновскому.