微區(qū)應(yīng)力和應(yīng)變的電子背散射衍射分析.pdf

1、本論文采用高分辨熱場發(fā)射掃描電鏡(TFE-SEM),配置電子背散射衍射儀(EBSD)和X射線能譜儀(EDS)一體化分析系統(tǒng),測試了半導(dǎo)體外延材料中的應(yīng)力分布,以及應(yīng)變的多晶材料的微觀結(jié)構(gòu)變化。 在單晶異質(zhì)外延材料中,采用EBSD的菊池花樣質(zhì)量(IQ)和Hough變換、晶格轉(zhuǎn)動量、晶格錯配等測量參數(shù),作為應(yīng)力敏感參數(shù),表征GaN/藍寶石、GaAs/AlGaAs、GaAs/AlGalnP外延系統(tǒng)中的晶格錯配應(yīng)力,以及GaAs-GaN

2、鍵合晶片的界面熱應(yīng)力。 GaN/Buffer/藍寶石系統(tǒng)中,以IQ、CI(confidence index)和Fit圖,顯示出應(yīng)力緩沖層(Buffer層)附近～500 nm的彈性應(yīng)變場,測算出Buffer層中的位錯密度～8×1011/m2。由菊池花樣的快速傅立葉變換(FFT)和Matlab計算得到,Buffer層應(yīng)變晶體的衍射強度下降了64.5％。掃描近場聲成像(SNAM)和掃描熱成像(SThM)的結(jié)果顯示,失配度較大的Buff

3、er層為應(yīng)力集中和熱導(dǎo)率較低的區(qū)域。 GaAs/AIGaInP系統(tǒng)的GaAs buffer層重摻雜Si后,使晶體質(zhì)量降低了4％,相應(yīng)光電子器件的發(fā)光率降低了3～4倍。 GaAs/AlGaAs系統(tǒng)中的前7個外延周期(約560 nm)的IQ值明顯降低,花樣衍射強度下降了79％,表明晶格錯配應(yīng)力集中在前7個周期。 GaAs-GaN鍵合系統(tǒng)的匹配晶向<114>GaAs//<0001>GaN的界面質(zhì)量良好。由IQ圖、晶格轉(zhuǎn)

4、動和FFT表明,熱應(yīng)力和位錯密度：界面中心區(qū)域小于邊緣區(qū)域；應(yīng)力影響范圍:GaN層小于GaAs層。有限元模擬的熱應(yīng)力云圖與IQ圖的應(yīng)力分布相符合。模擬結(jié)果顯示,剝離應(yīng)力(σy)和剪應(yīng)力(σxy)主要分布在邊緣區(qū)域,正應(yīng)力(σx)主要分布在中心區(qū)域。最大σx、σy和σxy分別為4.3×107MPa、6.4×107 MPa和2.0×107 MPa,其中σy是導(dǎo)致解鍵合的主要原因。 在多晶Ni-W基帶中,準原位研究了拉伸應(yīng)變晶體在晶粒

5、尺度上發(fā)生的變化,包括晶粒尺寸、轉(zhuǎn)動、取向、形狀及晶界特征。 Ni-W樣品的應(yīng)變量ε≤1.2％時,其微結(jié)構(gòu)無明顯變化。ε=1.2％～5.4％時,隨ε增加,晶粒取向無明顯變化,晶格轉(zhuǎn)動達～6°,位錯密度增加了4倍。小角度晶界增加了4倍,孿晶界減小了80％,30°～57°的晶界增加5倍。IQ值減小了45％,CI值減小了51％,Fit增加了83％?；訌姸葴p小了54％。單一晶粒的形狀因子和Taylor因子的統(tǒng)計結(jié)果表明,當ε>0.9％

6、時,晶粒的長、短軸變化了25％～45％,Taylor因子隨ε增大而降低,一些晶粒內(nèi)的Taylor因子顯示出差異,表明晶粒已產(chǎn)生變形、滑移和轉(zhuǎn)動。Taylor因子的最小值出現(xiàn)在與拉伸方向夾角26.6°,與{111}<1-10>滑移系夾角55.9°的(001)[21 10]取向(允差±5°)的晶粒中。 EDAX-EBSD系統(tǒng)測試單晶和多晶的空間分辨率和角分辨率分別可達到：30～40 nm和～0.3°,以及～1μm和～1°。EBSD菊