半导体材料与器件测试技术实验指导书 - 图文

1、白屏目镜 4、光孔盘 7、平行光管

2、望远镜筒

3、检偏器读数头(与6可换用) 6、起偏器读数头 9、激光器座(扩束装置)

13、氧化锆标准样板

5、1/4波片读数头 8、小孔光栏

10、黑色反光镜 11、试样台 12、分光计 图二

激光器座(9)可以作水平、高低方位角调节和上下升降调节。小孔光栏(8)保证激光器发出的激光束垂直照射在起偏器的中心。起偏器读数头(6)，1/4波片读数头(5)和检偏器读数头(3)的度盘分别刻有360等分的刻线，格值为1，游标读数为0.1。试样台(11)固定在分光计载物台上，借助载物台的三只调平螺钉使被测透明薄膜样品面与旋转中心线垂直。光孔盘(4)是为防止杂散光进入检偏器而附设的，由于本机光路调整较难，一般测量时可卸下不用。为改善观察效果，出射光束经白屏目镜(1)放大后进行观察。分光计(12)为我厂定型产品JJY1’分光计。

* WJZ型 打开装置箱的门，将箱底的三只固定螺钉旋出，即可取出激光装置。然后分别取出起偏器和检偏器读数头、小孔光栏、试样台、标准样板、白屏目镜等。擦去各部件表面上的污物，然后仔细按仪器调整步骤进行调整。

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四、仪器调整步骤

WJZ调整步骤如下：

1、用自准直法调整好分光计(请参照JJY1’分光计说明书)，使望远镜和平行光管共轴并与载物台平行。

2、分光计度盘的调整：使游标与刻度盘零线置适当位置，当望远镜转过一定角度时不致无法读数。

3、光路调整。

（1）卸下望远镜和平行光管的物镜(本实验中可不用)。

（2）取下扩束装置的扩束镜(本实验中不需用)，点亮激光，调整装置的方位，使完全

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平行射入。(技巧：把黑色反光镜放在载物台上作反光镜用，通过调整装置中的(10)、(12)螺钉，使入射光与反射光完全重合，调整后不能动此两螺钉，高度只需调节(11)螺母即可)。

（3）通过调整平行光管、望远镜的各上下、水平调节螺钉，在离阿贝目镜后的约一米处一白纸上成一均匀圆光斑，通过调节目镜视度手轮，即见清晰的十字丝像，注意光斑不可有椭圆或切割现象，此时光路调节完成。

特别说明：上述(2)、(3)两步骤比较难，而其调整正确与否将直接影响后面测量结果的精度，所以需要耐心应对(一般耗费两课时)；如要求不高，可由老师完成光路调节，让学生直接后续的实验。

（4）卸下阿贝目镜，换上白屏目镜。 4、检偏器读数头位置的调整与固定。

（1）将检偏器读数头套在望远镜筒上，90读数朝上，位置基本居中。

（2）将附件黑色反光镜置于载物台中央，将望远镜转过66°(与平行光管成114°夹角)，使激光束按布儒斯特角(约57°)入射到黑色反光镜表面并反射入望远镜到达白屏上成为一个圆点。

（3）转动整个检偏器读数头使调整与望远镜筒的相对位置(此时检偏器读数应保持90°不变)，使白屏上的光点达到最暗。这时检偏器的透光轴一定平行于入射面，将此时检偏器读数头的位置固定下来(拧紧三颗平头螺钉)。

5、起偏器读数头位置的调整与固定。

（1）将起偏器读数头套在平行光管镜筒上，此时不要装上1/4波片，0读数朝上，位置基本居中。

（2）取下黑色反光镜，将望远镜系统转回原来位置，使起、检偏器读数头共轴，并令激光束通过中心。

（3）调整起偏器读数头与镜筒的相对位置(此时起偏器读数应保持0°不变)，找出最暗位置。定此值为起偏器读数头位置，并将三颗平头螺钉拧紧。

6、1/4波片零位的调整

（1）起偏器读数保持0°，检偏器读数保持90°，此时白屏上的光点应最暗。 （2）将1/4波片读数头(即内刻度圈)对准零位。

（3）将1/4波片框的红点(即快轴方向记号)向上，套在内刻圈上，并微微转动(注意不要带动刻度圈)。使白屏上的光点达到最暗，定此位置为1/4波片的零位。

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五、实验内容

将仪器按照椭偏仪的调整中所述的方法调整好。

1、将被测样品，放在载物台的中央，旋转载物台使达到预定的入射角70°，即望远镜转过40°，并使反射光在目镜上形成一亮点。

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2、为了尽量减少系统误差，采用四点测量。先置1/4波片快轴于+45°，仔细调节检偏器A和起偏器P，使目镜内的亮点最暗(或检流计值最小)，记下A值和P值，这样可以测得两组消光位置数值。其中A值分别大于90°和小于90°，分别定为A1(>90°)和A2(<90°)，所对应的P值为P1和P2。然后将1/4波片快轴转到-45°，也可找到两组消光位置数值，A值分别记为A3(>90°)和A4(<90°)，所对应的P值为P3和P4。将测得的4组数据经下列公式换算后取平均值，就得到所要求的A值和P值：

(1) A1-90 ° =A(1) (2) 90°-A2=A(2) (3) A3-90°=A(3) (4) 90°-A4=A(4)

Pl=P(1)

P2+90° =P(2) 270°-P3=P(3) 180°-P4=P(4)

A=[A(1)+A(2)+A(3)+A(4)]÷4 P=[P⑴+P⑵+P⑶+P⑷]÷4

注：上述公式公适用于A和P值在0-180°范围的数值，若出现大于180°的数值时应减去180°后再换算。

根据测量得到的A和P值，分别在A值数表和P值数表的同一个纵、横位置上找出一组与测算值近似的A和P值，就可对应得出薄膜厚度d和折射率n。(数据处理建议使用仪器所配套的软件，详见软件说明书)。

六、实验报告要求

根据实验，完成一份完整的实验报告。测量透明介质薄膜厚度和折射率。

实验四 半导体材料位错的显示及晶向的确定

一、实验目的

（1）掌握光学显微镜的使用方法

（2）熟悉半导体材料硅单晶片的位错显示方法

（3）掌握通过晶体位错缺陷形状来确定晶向的方法

二、测试仪器与样品

MA1001反射式工业检验显微镜、硅单晶片。

三、实验原理

在硅单晶中，有位错的地方其原子的排列失去规则性，结构比较松散，在这里的原子具

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有较高的能量，并受到较大的张力，因此在位错线和表面相交处很容易被腐蚀形成凹下的坑，即所谓腐蚀坑，我们正是利用这个特性来显示位错的。

硅的晶体结构是金刚石结构，对应的晶向如图所示。

(a)（100）晶面 (b) （110）晶面 (c) （111）晶面

图1 简单立方晶系中典型的晶向

由于位错是一种线缺陷，晶格畸变是沿着一条线延伸下来的，贯穿于整个晶体，终止在表面或形成闭环，因此在表面的交点是一个点状小区域。在腐蚀液作用下择优腐蚀形成蚀坑。在（111）晶面为表面时，其蚀坑是一倒置正四面体（三角锥体），从表面看呈实心三角形。在（100）晶面为表面时，其蚀坑是一倒置四棱锥体，从表面看呈实心正方形。在（110）晶面为表面时，其蚀坑为两个对顶三角锥体，从表面看呈两个对顶实心等腰三角形。其蚀坑大小随腐蚀时间增加而增大，蚀坑数量不变。

（a）(111)面 (b)（100）面 (c)(110)面

图2 不同晶面位错腐蚀坑示图 位错有两种基本类型：刃型位错和螺型位错，刃型位错发生在额外的原子半平面的终端，如果晶体受到图示的切应力，晶体将会由于化学键沿着切应力方向移动二发生变形，产生位错。已经存在的位错受力作用时，将会以滑移方式在滑移面上沿着垂直于位错线的方向运动．位错线与滑移矢是相互垂直的，这种位错为刃型位错，就象一个刀边或刀刃一样，如图3所示。如果滑移面与滑移方向变成一个连续螺旋面，这种位错为螺型位错，如图4所示。

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