Способ определения направления полярной оси в монокристаллах

 

Использование: в кристаллографии, полупроводниковой технике и других областях, где исследуются материалы с помощью электронных разрядов. Сущность изобретения: на монокристалл β -дифосфида кадмия подается электрическое поле с помощью иглового электрода через разрядный промежуток игла-кристалл, помещенный в диэлектрическую жидкость. Игловой электрод подводят со стороны базисных плоскостей скола и подают на него серии одиночных электрических импульсов положительной полярности, перемещая электрод по кристаллу. При достаточных амплитудах импульсов напряжения уже при однократных воздействиях возникают каналы пробоя, достаточные для микроскопических исследований размеров. По длине каналов пробоя в объеме образца судят о направлении полярной оси. 1 ил., 1 табл.

Изобретение относится к полупроводниковой технике, в частности к способам определения направления полярной оси или, что эквивалентно, кристаллографической полярности поверхностей бинарных полупроводников, и может быть использовано в полупроводниковой технологии и для научных целей.

Наиболее близким к заявляемому является способ, основанный на помещении образца в жидкость и визуальном наблюдении на его поверхности фигур, при котором образец помещают в диэлектрическую жидкость с удельным сопротивлением ρ = 10⁸ - 10¹² Ом ˙ см и диэлектрической проницаемостью ε = 4-20, подводят к образцу игловой электрод, прикладывают к нему напряжение амплитудой 10-100 кВ, а о кристаллографической полярности поверхности полупроводника судят по картине поверхностных стримерных разрядов.

Этот способ не может быть реализован в случае CdP₂, поскольку он применим лишь для гексагональных прямозонных полупроводников, где в зависимости от полярности импульсов стримерные разряды возбуждаются на противоположных базисных плоскостях. В CdP₂ стримерные разряды не возбуждаются, а возникают каналы пробоя как в объеме, так и на поверхностях, причем на обеих базисных поверхностях каналы пробоя могут возникать независимо от полярности возбуждающих импульсов. Поверхностные разряды при разных полярностях наблюдаются с равной вероятностью на всех гранях кристалла, что делает способ недостоверным.

Целью изобретения является расширение области применения и информативности способа при исследовании β -дифосфида кадмия.

Цель достигается тем, что в способе, основанном на помещении образца в диэлектрическую жидкость и подаче высоковольтного импульса на игловой электрод, подведенный к образцу, амплитуду электрического импульса устанавливают достаточной для образования каналов неполного пробоя, а о направлении полярной оси в монокристаллах судят по длине каналов.

На чертеже изображена схема реализации предлагаемого способа. В таблице приведены результаты измерений средних длин каналов и средних стандартных отклонений в различных образцах в зависимости от амплитуды возбуждающих импульсов U.

Полупроводниковый образец 1 из β -дифосфида кадмия предварительно скалывают по плоскостям спайности {001}, механически шлифуют и полируют для получения плоскостей 2, перпендикулярных сколу. Образец помещают в резервуар 3, заполненный диэлектрической жидкостью 4. К базисным плоскостям 5, 6 вплотную подводят электрод 7 и подают на него серию одиночных колоколообразных электрических импульсов амплитудой 5-20 кВ, получаемых, например, с помощью импульсного повышающего трансформатора, через первичную обмотку которого разряжают конденсатор емкостью 0,01-0,1 мкФ, заряженный до некоторого напряжения. Это напряжение определяется коэффициентом трансформации и требуемой амплитудой импульса. При этом после подачи каждого импульса электрод сдвигают примерно на 0,5-1 мм от места подачи предыдущего импульса.

При подаче импульса в кристалле возникают электрические разряды, оставляющие за собой прямолинейные, нитеобразные, кристаллографически ориентированные каналы неполного пробоя.

Затем монокристалл извлекают из резервуара с жидкостью и измеряют длину каналов пробоя, направленных перпендикулярно базисным плоскостям (плоскостям скола) {001}.

Заявляемый способ основан на том установленном свойстве, что при подаче на кристалл положительных высоковольтных импульсов в объеме и приповерхностном слое монокристаллов CdP₂ могут возникать каналы пробоя, причем, как видно из таблицы, каналы в объеме в направлении [00] имеют большую длину, чем в направлении [001], что и позволяет отличить эти направления. При отрицательной полярности импульсов этот эффект не наблюдался.

Обнаруженное различие может быть обусловлено различными поляризационными свойствами противоположных базисных поверхностей.

В качестве диэлектрической жидкости предпочтительнее использовать жидкость с возможно более высоким удельным сопротивлением и возможно меньшей диэлектрической постоянной. Функция, выполняемая диэлектрической жидкостью, - предотвращение разрядов в воздухе с более низким, чем в кристалле, порогом возникновения.

Количество подаваемых импульсов (один) с последующим смещением электрода в другую точку обусловлено необходимостью исключения явления последовательного пробоя, при котором с подачей каждого последующего импульса канал удлиняется и прорастает через весь кристалл, после чего не имеет смысла соотношение длин каналов. Количество импульсов в серии (3-10) обусловлено необходимостью набора статистики для исключения случайных отклонений.

Интервал значений амплитуд электрических импульсов определен экспериментально. Верхнее значение (20 кВ) определяется тем, что при больших амплитудах, как видно из таблицы, происходит выравнивание длин каналов [001] и [00] , что снижает достоверность метода. Нижний предел (6 кВ) обусловлен порогом возникновения каналов.

При реализации заявляемого способа не требуется точное измерение длин каналов, а достаточно зафиксировать отличие длин.

П р и м е р 1. Образец дифосфида кадмия, имеющий две плоскости скола типа { 001} и перпендикулярные им две механически полированные плоскости, помещают в кювету из стекла, заполненную силиконовым маслом. К образцу подводят вплотную игловой электрод от генератора высоковольтных импульсов вначале к одной из базисных плоскостей, затем к противоположной и в каждом случае подают на образец по четыре электрических импульса амплитудой 6 кВ. Образец извлекают из кюветы и с помощью микроскопа измеряют длину каналов пробоя, направленных перпендикулярно плоскости скола от места подведения электрода. Средняя длина каналов в одном направлении оказалась равна 200 мкм, каналов в противоположном направлении - 250 мкм. Диаметр каналов составляет 0,5-2 мкм. Каналы, имеющие большую длину, соответствуют направлению [00] , а базисная плоскость, к которой они направлены, - плоскость (00). Противоположное направление - направление [001], а соответствующая противолежащая базисная плоскость имеет индексы (001).

П р и м е р 2. В условиях примера 1 амплитуда импульса составляет 12 кВ. При этом длина каналов, соответствующих направлению [001], составила 350 мкм, а направлению [00] - 410 мкм.

П р и м е р 3. В условиях примера 1 амплитуда импульса равна 20 кВ. При этом длина канала в направлении [001] составила 490 мкм, а длина канала в направлении [00] - 520 мкм.

Формула изобретения

СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ НАПРАВЛЕНИЯ ПОЛЯРНОЙ ОСИ В МОНОКРИСТАЛЛАХ, основанный на помещении образца в диэлектрическую жидкость, подаче высоковольтного электрического импульса на игловой электрод, подведенный к образцу, отличающийся тем, что, с целью расширения области применения и информативности способа при исследовании β -дифосфида кадмия, амплитуду электрического импульса устанавливают достаточной для образования каналов неполного пробоя, а о направлении полярной оси в монокристаллах судят по длине каналов.

РИСУНКИ

Рисунок 1