晶体缺陷显示实验指导

实验名称：晶体缺陷显示实验

实验目的：1、了解掌握硅单晶片研磨、热处理、化学抛光和化学腐蚀的操作方法。

2、学会在金相显微镜下观测硅单晶中的位错或点缺陷。

实验内容：在硅单晶（选〈111〉晶向）片上通过研磨和热处理、化学抛光和化学腐蚀

的方法显示晶体缺陷。用“非择优腐蚀剂”进行表面化学抛光；然后用“择优腐蚀剂”进行化学腐蚀来揭示晶体缺陷。在金相显微镜下观测硅晶体位错或漩涡缺陷（点缺陷）的腐蚀坑，根据显示的腐蚀坑数目来计算缺陷密度。

实验原理：1、常用的“非择优腐蚀剂”为：HF (40—42 %)：HNO3 (65%) = 1：2.5 。 主要用于硅片表面化学抛光，以达到表面清洁处理，去除机械损伤层，获得

光亮表面的目的。

（ 其反应原理为：Si + 4HNO3 + 6HF = H2SiF6 + 4NO2↑+4 H2O ）

2、常用的“择优腐蚀剂”为：标准液：HF (40—42 %) = 3:1 慢速液 标准液：HF (40—42 %) = 2:1 中速液 标准液：HF (40—42 %) = 1:1 中速液 标准液：HF (40—42 %) = 1:2 快速液

（其中标准液为：CrO3：H2O = 1：2 重量比）。用来揭示缺陷，一般来说腐蚀速度越快，择优性越差 。根据现在气温我们选1:1的 中速液。 （ 其反应原理为：Si + CrO3 + 8HF = H2SiF6 + CrF2 + 3H2O ）

硅晶体中位错线或点缺陷附近晶格发生畸变，不稳定。位错或漩涡缺陷在硅片表面露头处周围，腐蚀速度比较快，从而形成缺陷腐蚀坑（如图）。腐蚀坑的数目可在金相显微镜中数出，单位面积内腐蚀坑的数目称为缺陷密度。

三角坑是因为硅（111）面容易显露出来的结果。

实验方法和步骤：

1、用14μ刚玉细砂在玻璃板上研磨硅片30—40分钟。 2、在ZKL—1F型石英管扩散炉中对硅片进行退火处理1小时。

3、带上乳胶手套，在通风橱中用量筒、烧杯配适当量的“非择优腐蚀剂”，

将硅片放入其中进行抛光，时间大约3—4分钟，以试剂变成棕黄色并冒烟为准。迅速将硅片放入清水中洗净。

4、带上乳胶手套，在通风橱中用量筒、烧杯配适当量的“择优腐蚀剂”， 将

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硅片放入其中进行化学腐蚀，时间大约20—30分钟，以硅片与试剂出现比较剧烈反应现象并冒大量气泡为准。迅速将硅片放入清水中洗净。 5、在金相显微镜下观测硅晶体位错或漩涡缺陷（点缺陷）的腐蚀坑，至少找

4个以上区域显示的腐蚀坑数目来分别计算缺陷密度σs，并将所选的这几个区域的显微图片画出来。计算方法为：σs ＝ N / S

（式中，N为S面积内的腐蚀坑总数，显微镜下视域直径d = 100 mm ，所以 S = πd / 4 X，X为显微镜总放大倍数）。

结果分析与讨论：??????

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