Учебно-методический комплекс по предмету наноэпитаксиальные слои и гетеросистемы Ташкент-2022 год. Данный учебный материал предназначен для магистров специальности «Нанотехнология полупроводниковых материалов»

4-Тема. Контроль качества пластины и подложки.
Основными параметрами, определяющими пригодность эпитаксиального слоя для изготовления полупроводниковых приборов, являются:

• 
  • толщина эпитаксиального слоя;
  
• 
  • концентрация носителей заряда;
  
• 
  • плотность дефектов структуры.
  

Толщину эпитаксиального слоя определяют так: вначале осуществляют скалывание пластины поперек полупроводниковой структуры с эпитаксиальным слоем. Затем поверхность скола протравливают в специальных химических травителях, после чего исследуют поверхность скола с помощью оптического микроскопа. Граница эпитаксиального слоя проявляется в виде полосы травления.
Концентрацию носителей заряда определяют методом сопротивления растекания или четырехзондовым методом при последовательном удалении слоев эпитаксиальной пленки. В практике нашли применение три основных способа последовательного удаления слоев: химическое травление, анодирование и ионное травление.
Химическое травление слоев широко применяется в полупроводниковой промышленности. К недостаткам метода можно отнести зависимость скорости травления от температуры травителя, от кристаллографической ориентации образца, а также внесение нарушений в кристаллическую структуру ионно-легированных слоев.
Анодирование поверхности проводят в два этапа. На первом на поверхности образца в растворе электролита при контролируемой плот-
ззз ности тока образуют тонкий слой оксида полупроводника. На второй стадии осуществляют травление оксидного слоя в специальных селективных травителях.
Ионное травление находит все большее распространение в полупроводниковой промышленности. Достоинство метода — его универсальность и высокая скорость травления слоев. Недостаток—внесение нарушений в верхний слой полупроводникового материала.
Дефекты упаковки структуры определяют путем травления его поверхности и наблюдения фигур травления в оптическом микроскопе. Информативность такой методики основана на экспериментально установленном факте, что дефекты упаковки зарождаются на границе раздела слоя и подложки и прорастают через всю толщину эпитаксиального слоя.
Распределение примесей в полупроводнике в последние годы изучают с использованием рентгеновского микроанализа, при котором поверхность полупроводника облучают пучком электронов с энергией 10—30 кэВ и регистрируют характеристические рентгеновские спектры. Глубина анализа в данном методе составляет 1000 А, локальность по поверхности образца — 0,4 мкм.
Присущее кристаллам расположение частиц (атомов, ионов, молекул), которое характеризуется периодической повторяемостью в трёх измерениях.
Ввиду высокой регулярности кристаллической структуры для её описания в целом достаточно знать, где находятся атомы в любой элементарной ячейке (минимальной единице объёма в кристалле). Ячейку выделяют по тому, обладает ли та или иная группа атомов симметрией, то есть меняется ли её форма при повороте. Решетка образуется неоднократным повторением элементарной ячейки.
Всего существует 230 видов симметрий и, соответственно, ячеек. В элементарной ячейке может находиться от одного атома (химические элементы) до ста двух (химические соединения) или ста шести атомов (белки, вирусы).
Наличие кристаллической решетки существенно влияет на свойства кристаллов. Так, из-за того, что между элементарными ячейками всегда будут углы (причем одинаковые), кристаллы могут расти только в определенных направлениях. Именно поэтому, в частности, снежинки вырастают в форме шестиугольников, а не идеальных дисков.
Существование кристаллической решётки объясняется тем, что силы притяжения и отталкивания между атомами равны только при условии периодичности их расположения во всех трёх измерениях.
Представление о дискретности и статичности решетки не следует абсолютизировать. Атомы в ней скорее колеблются возле точек равновесия, чем занимают его неизменно. Кроме того, они могут находиться так близко друг к другу, что провести между ними чёткую границу почти невозможно. А еще аналогичные друг другу с геометрической точки зрения частицы в разных ячейках могут относиться к разным элементам или отличаться по массе.