Способ определения упругой деформации в эпитаксиальных системах

 

СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ УПРУГОЙ ДЕФОРМАЦИИ В ЭПИТАКСИАЛЬНЫХ СИСТЕМАХ, включающий облучение образца и регистрацию брэгговских,отражений для плоскостей, нормаль к которым состав-, ляет угол 0-90 с нормалью к поверхности образца, от пи ч а ю щ и и с я тем, что, с целью упрощения способа и повышения его экспрессности, регистрируют серию 6-28 кривых для отражений одинаково ориентированных в .ненапряженном состоянии кристаллографических плоскостей пленки и подложки, причем перед регистрацией каждой последующей кривой смещают щель счетчика вдоль дифракционного вектора, вы-числяют угол разориентации кристаллографических плоскостей по формуле . (,) где сГ2б и - измеренные отсчеты углового смещения щели, соответствующие максимальной интенсивности 9 - 26 рефлексов пленки (I) и подложки (П), и по величине разориентации определяют деформацию решетки по формуле g 5S t .2 ko ЛЧ :r igгде е, и Ej деформация кристаллиА , и ; ческой решетки пле нки и подложки вдоль Ъ i- оси ортогонального базиса,оси 1 и 2 кото-. рого лежат в плоскости межфазной границы,, 00 f коэффициент Пуассона И пленки и подложки. 4;

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН (19) (11) 3(59 0 01 И 23 20

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н ABTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВ,Ф (21) 29430 96/18-25 (22) 18.06.80 1 (46) 23.03.84. Бюл.Р 11 (72) И.Ф.Михайлов, Л.П.Коваль, 1и.Я.Фукс и О.Г.Алавердова (71) Харьковский ордена Ленина политехнический институт им. В.И.Ленина (53) 669.017(088.8) (56) 1. Устинов В.М., Захаров Б.r, Макронапряжения в эпитаксиальных = структурах на основе соединений A-В-..

)Н 1(Обзоры по электронной технике. Сер.б

"Материалы", вып.4, 1977.

2. Палатник Л.С., Фукс М.Я., Косевич В.М. Механизм образования и субструктура конденсированных пленок.

М., "Наука", 1972 (прототип). (54)(57) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ УПРУГОЙ

ДЕФОРМАЦИИ В ЭПИТАКСИАЛЬНЫХ СИСТЕМАХ, включающий облучение образца и регистрацию брэгговских отражений для плоскостей, нормаль к которым состав-. ляет угол 1 О-90 с нормалью к поверхности образца, о т и и ч а ю шийся тем, что, с целью упрощения способа и повышения его экспрессности, регистрируют серию 8 — 2 8 кривых для отражений одинаково ориентированных в ненапряженном состоянии кристаллографических плоскостей пленки и подложки, причем перед регистрацией каждой последующей кривой смещают щель счетчика вдоль дифракционного вектора, вы-числяют угол разориентации кристаллографических плоскостей по формуле (("го, — и гВ,-, )

11 1)т;це 070 и d"28;, — измеренные отсчеты угI лового смещения щели, соответствующие максимальной интенсивности

9 — 20 рефлексов пленки (Х) и подложки (П), и по величине разориентации определяют деформацию решетки по формуле Я

1 1

Й, (1+ т -ЕР ("+ )7) Ет 4д 7 "7

У где Е и Е- — деформация кристалли- С"

1( ческой решетки пле— нки и подложки вдоль

i— - оси ортогонального базиса,оси 1и 2кото-. рого лежат в плоскости(ар межфазной границы, и 1ц — коэффициент Пуассона пленки и подложки °

1081490

Изобретение относится к рентгено= структурному анализу, а именно к рент. геновской тензометрии эпитаксиальных слоев, и может быть использовано на предприятиях цветной металлургии и электронной промышленности. 5

Известен способ определения напряжений в эпитаксиальных системах по кривизне изгиба бикристалла (17.

Этот способ не позволяет определить остаточную деформацию решетки, если 10 в системах хотя бы частично происходил процесс релаксации напряжений.

Известен также способ определения деформации в эпитаксиальных системах, включающий облучение образца и регис- 5 трацию брэгговских отражений для плоскостей нормаль к которым составляет угол М 0 — 90 с нормалью к поверхности образца. Деформации крис таллической решетки определяются по положению брэгговских рефлексов от различных плоскостей (hkl) (2 ).

Известный способ весьма трудоемок и для повышения точности анализа требует прецизионной регистрации отражений с большим значением брэгговского угла 8

Кроме того, иэ-за "тетрагональных" искажений решетки в упругонапряженных эпитаксиальных системах для их анализа не удается применить стан- З0 дартные съемки- 8 — - 28 сканированием или схему типа Бонда.

Целью изобретения является упрощение способа и повышение экспрессности анализа. 35

Поставленная цель достигается тем что согласно способу определения упругой деформации в эпитаксиальных системах, включающему облучение образца, регистрацию брэгговских,стра- 40 жений для плоскостей, нормаль к кото. рым составляет угол ч" 0 -90 с норо малью к поверхности образца, регистрируют серию Π— 28 кривых для отражений одинаково ориентированных в ненапряженном состоянии кристаллографических плоскостей пленки и подложки, причем перед регистрацией каждой последующей кривой смещают цель счетчика вдоль дифракционного вектора, вычисляют угол раэориентации кристал- 50 лографических плоскостей по формуле (d"2Вх-2d"8т ) гдед 2о ид"28,- — измеренные отсчеты углового смещения 55 щели, соответствующие максимальной интенсивности 8 — 28 рефлексов пленки (I) и подложки (П), gp и по величине разориентации определяют деформацию решетки по формуле у= IE (м )-Е„(и4-,)+Е 1 -E;,4„-), где(. иЯ;, t

И . — деформация кристаллической решетки пленки и подложки вдоль i-é оси ортогонального базиса, оси 1 и 2 которого лежат в плоскости межфазной границы, и 1 в — коэффициент Пуассона

I II пленки и подложки.

Способ основан на измерении разориентации кристаллографических плоскостей пленки и подложки, возникающей в результате тетрагональных искажений кристаллической решетки, обусловленных макронапряжениями в эпитаксиальной системе.

Способ осуществляют следующим образом.

При облучении бикристалла, установленного на гониометре, например, рентгеновским пучком предварительно производят его стандартную юстировку и находят отражение с углом М, близким к 45 о. Затем вращением образца

I вокруг главной оси гониометра при не подвижном счетчике (ш — сканирование предварительно находят максимум интенсивности отражения от плоскостей (Ь;, ;,1-„) подложки. После этого перед счетчиком устанавливается узкая щель и вращением счетчика при неподвижном образце определяют положение, соответствующее максимуму интенсивности рассеяния. При большой ширине кривой качания, обусловленной неоднородностью межплоскостных расстояний, при неподвижном счетчике с узкой щелью регистрируют кривую качания и по положению ее максимума определяют угол поворота образца, соответствующий установленному положению счетчика.

Такая схемка позволяет резко снизить ширину кривой качания и повысить точность определения угла поворота образца.

Зафиксировав отвечающие наибольшей интенсивности углы поворота образца и счетчика, аналогичную процедуру проводят длясоответствующих кри сталлографических плоскостей эпитаксиального слоя (lIZkZlz), которые при отсутствии напряженйй параллельны плоскостям (Ь„-k 1„-) подложки. Затем вычисляют различие в углах поворота образца для отражений подложки и эпитаксиального слоя, приводя их к одному значению угла поворота счетчика путем 8 — 28 сканирования.

Прецизионное определение разницы в углах поворота образца, соответствующей искомой раэориентации плоскостей (h>kZ1<) и (hIIkII1<), производят путем съемки серйи 8 — 28 кривых, варьируя положение d" 28. узкой щели перед счетчиком. Такие съемки позволяют избежать уширЕния, обусловленного разориентировками, а угол

1081490 град

Способы

Рефлекс подложки (ь„к„x -,) Рефлекс пленки (ЬКZ) Образец Толщина пленки, мкм

Известный

Предлагаемый

Угловая $ 10

3 раэориентация dV град (135 ) (26,10 ) (848 ) 2,9

0,10

3,0 (424).

0,11

2,9 (135 ) (26,10) -0,3

-0,02

-О, 01

-0,01

32 (442) (884 ) 70 (848) (424) 2,45

2,7-2,9

2,6

0,10

18 (424 ) (848) 3,1

0,12

0,06 (442) (884 ) 2,6

Состав итель Т. Владимиров а

Редактор В. Данко Техред Т.Фанта Корректор Г. Решетник

Заказ 1538/37 Тираж 823 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д.4/5

Филиал ППП "Патент", г.ужгород, ул.Проектная,4 разориентации плоскостей пленки и подложки находят по формуле д 9 = 1/2 (д"2с — д 26;, ), где d" 20 и д"26р отсче ты углового смещения щели, соответствующие максимальной интенсивности

8 — 26 рефлекса от пленки (T ) и под- 5 ложки (П).

Пример . Проводился анализ остаточной деформации Я в системе

Mg Ип Ге 04. Результаты измерений предлагаемым и известным способом )p (вiп ) представлены в таблице.

Для определения величины f известным способом потребовалось при тщательной юстировке регистрировать рефлексы подложки:(008) Cu-K>,

3 2, (848)Си-К(, Ч = 48о,(884) Cu †."., М = 70. Рентгеносъемка одного образца на дифрактометре требует около 10 ч. С помощью предлагаемого способа угловая разориентация была определена путем оцепления столика со счетчиком вручную и не потребовалось вообще проведения каких-либо рентгеносъемок. Время измерений определяется, в основном, временем поис .ка рефлекса от одного типа наклонных плоскостей и не превышает нескольких минут.

Таким образом, по сравнению с известными предлагаемый способ значительно снижает сложность и трудоемкость анализа и повышает его экспрессивность за счет возможности определения напряжений путем экспрессной регистрации лишь одной пары рефлексов пленки и подложки.