CN101733848A - 定向切割晶体任意晶面的简便方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种定向切割晶体任意晶面的简便方法，属于晶体材料切割加工技术领域，所述方法首先切割出任意平面作为参考面，再利用电子背散射衍射技术确定参考面的纵向、横向、法向指数，然后计算所需任意晶面与参考面的夹角，最后调整晶体切割方向，即可一次切割加工出符合要求的晶面。由于利用电子背散射衍射技术，将电子背散射衍射仪和传统的晶体材料切割装置结合起来，所以可将任意晶系的晶体定向切割出任意晶面，即使所需晶面为高指数衍射面或消光面，尤其适用于参考面取向未知、晶向偏离较大的晶体，而且定向准确度高，操作简便，节省晶体。

Description

定向切割晶体任意晶面的简便方法

技术领域

本发明涉及一种定向切割晶体的方法，特别是定向切割晶体任意晶面的简便方法；属于晶体材料切割加工技术领域。

背景技术

因为单晶体具有各向异性的性质，所以在单晶的制造、外延生长、器件制作以及管芯划片等方面，都需要考虑晶体取向的影响。在实际应用中，根据使用目的的不同，需要不同取向的单晶体，这就要求我们对晶体进行不同取向的定向切割。

文献1“赵正旭，半导体晶体的定向切割，科学出版社，1979”公开了三种主要的定向切割方法：解理法、光图象法、X射线法，其中X射线法又分为劳厄照相法和X射线定向仪法。解理法根据解理面和其他晶面间的相互关系来实现定向切割，仅适用于和解理面有较好对称关系的晶面；光图象法根据解理面的光反射性和晶体结构的对称性来实现定向切割，仅适用于某些透明晶体和晶向大致已知的少数低指数晶面，且定向准确度不高；劳厄照相法根据晶体对连续X射线的衍射和极射赤面投影图来实现定向切割，分析处理工作繁杂，不易掌握，且定向准确度不高；X射线定向仪法最为常用，其根据晶面对特征X射线的衍射来实现定向切割，但仅适用于晶向偏离参考面不大的低指数衍射面，不太适用于高指数面衍射面、消光面和晶向偏离参考面较大的低指数衍射面，要定向切割出任意晶面，往往只能边测量角度边研磨修正，操作过程很繁琐，浪费晶体。

文献2“申请号为03121582.3的中国发明专利”公开了利用几何光学的反射原理，将氦氖激光器与传统的晶体材料切割装置结合起来的定向切割方法，可准确地确定晶体的切割方向，一次切割成所需任意晶面的晶体，不过该方法需要已知参考面的取向，而且当所需晶向与参考面取向偏离较大以上时，其所采用的三角近似已不能使用。

发明内容

为了克服现有定向切割技术在定向切割晶体任意晶面时工作繁琐、浪费晶体的不足，本发明提供一种定向切割晶体任意晶面的简便方法，利用电子背散射衍射技术，将电子背散射衍射仪和传统的晶体材料切割装置结合起来，可以将任意晶系的晶体定向切割出任意晶面，即使所需晶面为高指数衍射面或消光面，尤其适用于参考面取向未知、晶向偏离参考面较大的晶体，且定向准确度高，操作简便，节省晶体。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案：一种定向切割晶体任意晶面的简便方法，其特征在于包括下述步骤：

(a)先将晶体用粘结剂粘在切割机托台上，再垂直于托台从晶体边缘处任意切割出一片厚度均匀的晶片，将晶片上靠近晶体的晶面作为参考面，参考面上垂直于托台向下方向作为纵向，平行于托台向右方向作为横向，纵向、横向与参考面法向符合坐标系的右手定则，然后将参考面研磨并抛光，直至完全去除表面形变层；

(b)将晶片置于倾斜70°的样品台上，参考面朝上，且参考面横向与样品台倾斜轴平行，使用电子背散射衍射仪采集样品参考面的电子背散射衍射花样，再标定上述花样，得到以欧拉角(ψ₁，φ，ψ₂)表示的晶体取向，然后将欧拉角换算成密勒指数，得到参考面的纵向、横向、法向指数；

(c)通过不同晶系的晶向夹角公式，计算出所需任意晶面的法线与参考面纵向、横向、法向之间的夹角α、β、γ；

(d)根据参考面纵向、横向、法向之间的夹角α、β、γ，调整晶体的切割方向，一次切割加工出符合要求的晶面。

本发明具有以下有益效果：

1.利用电子背散射衍射技术测定参考面的纵向、横向、法向指数，准确度高，操作简便。

2.在确定参考面的纵向、横向、法向指数之后，只需根据参考面和所需晶面之间的夹角，就可以准确调整晶体切割方向，一次切割加工出符合要求的晶面，节省晶体。

3.本方法适用面广，可以将任意晶系的晶体定向切割出任意晶面，即使所需晶面为高指数衍射面或消光面，尤其适用于参考面取向未知、晶向偏离参考面较大的晶体。

4.电子背散射衍射技术所需的设备是扫描电镜的常用附件——电子背散射衍射仪，不需要改造切割设备。

下面结合附图和实施例对本发明作详细说明。

附图说明

图1是参考面的纵向、横向、法向三者之间的关系。

图2是晶片在扫描电镜样品室中的放置方位。

图3是参考面电子背散射衍射花样的示意图。

图4是定向切割出来的Hg₃In₂Te₆晶面的X射线衍射图。

具体实施方式

以下实施例参照图1～4。

实施例1：要求在Hg₃In₂Te₆晶体上切割出(111)晶面的晶片，其中Hg₃In₂Te₆(111)面所对应2θ的理论值为24.46°。

定向切割的步骤如下：

(a)切割出任意平面作为参考面。

先将晶体用粘结剂粘在切割机托台上，再垂直于托台从晶体边缘处任意切割出一片厚度均匀的晶片，将晶片上靠近晶体的晶面作为参考面，参考面上垂直于托台向下方向作为纵向，平行于托台向右方向作为横向，纵向、横向与参考面法向符合坐标系的右手定则，然后将参考面研磨并抛光，直至完全去除表面形变层。

(b)利用电子背散射衍射技术确定参考面的纵向、横向、法向指数。

将晶片置于倾斜70°的样品台上，参考面朝上，且参考面横向与样品台倾斜轴平行，使用电子背散射衍射仪采集样品参考面的电子背散射衍射花样(图3)，再标定参考面的电子背散射衍射花样，得到以欧拉角(26.62°，46.31°，31.593°)表示的晶体取向，通过下式：

将欧拉角换算成密勒指数，即可得到参考面的纵向指数为<1.85，-2.26，1>、横向指数为<2.42，1，-2.22>、法向指数为<5，8.13，9.12>。

(c)计算所需任意晶面与参考面的夹角。

由于Hg₃In₂Te₆晶体属于立方晶系，通过立方晶系晶向夹角公式：

$\cos \mathrm{\&delta;}=\frac{\mathrm{Hh}+\mathrm{Kk}+\mathrm{Ll}}{\sqrt{H^2+K^2+L^2}\sqrt{h^2+k^2+l^2}}$

算出所需晶面法向<111>与参考面纵向、横向、法向之间的夹角分别为α＝83.66°、β＝78.36°、γ＝13.32°。

(d)调整并切割。

根据上述夹角，调整晶体的切割方向，即托台向上转6.34°，向左转11.64°，即可一次切割加工出符合要求的晶面。图4是切割出来的Hg₃In₂Te₆晶面的X射线衍射图。

实施例2：要求在锗晶体上切割出(158)晶面的晶片，(158)晶面是锗晶体的消光面。

定向切割的步骤如下：

(1)切割出任意平面作为参考面。

先将晶体用粘结剂粘在切割机托台上，再垂直于托台从晶体边缘处切割出一片厚度均匀的晶片，将晶片上靠近晶体的晶面作为参考面，参考面上垂直于托台向下方向作为纵向，平行于托台向右方向作为横向，纵向、横向与参考面法向符合坐标系的右手定则，然后将参考面研磨并抛光，直至完全去除表面形变层。

(2)利用电子背散射衍射技术确定参考面的纵向、横向、法向指数。

将晶片置于倾斜70°的样品台上，参考面朝上，且参考面横向与样品台倾斜轴平行，使用电子背散射衍射仪采集样品参考面的电子背散射衍射花样(图3)，再标定参考面的电子背散射衍射花样，得到以欧拉角(316.9°，40.2°，62.4°)表示的晶体取向，通过下式：

将欧拉角换算成密勒指数，即可得到参考面的纵向指数为<-1.976，1，1.088>、横向指数为<1，4.862，-2.652>、法向指数为<1.912，1，2.554>。

(3)计算所需任意晶面与参考面的夹角。

由于锗晶体属于立方晶系，通过立方晶系晶向夹角公式：

$\cos \mathrm{\&delta;}=\frac{\mathrm{Hh}+\mathrm{Kk}+\mathrm{Ll}}{\sqrt{H^2+K^2+L^2}\sqrt{h^2+k^2+l^2}},$

算出所需晶面法向<158>与参考面纵向、横向、法向之间的夹角分别为α＝59.93°、β＝85.60°、γ＝30.45°。

(4)调整并切割。

根据上述夹角，调整晶体的切割方向，即托台向上转30.07°，向左转4.40°，但是切割机只能向上转7°，所以先将晶体参考面一侧相对于托台垫高30°，再将托台向上转0.07°，向左转4.40°，这样即可一次切割加工出符合要求的晶面。

Claims (5)

1.一种定向切割晶体任意晶面的简便方法，其特征在于包括以下步骤：

(a)先将晶体用粘结剂粘在切割机托台上，再垂直于托台从晶体边缘处任意切割出一片厚度均匀的晶片，将晶片上靠近晶体的晶面作为参考面，参考面上垂直于托台向下方向作为纵向，平行于托台向右方向作为横向，纵向、横向与参考面法向符合坐标系的右手定则，然后将参考面研磨并抛光，直至完全去除表面形变层；

(b)将晶片置于倾斜70°的样品台上，参考面朝上，且参考面横向与样品台倾斜轴平行，使用电子背散射衍射仪采集样品参考面的电子背散射衍射花样，再标定上述花样，得到以欧拉角(ψ₁，φ，ψ₂)表示的晶体取向，然后将欧拉角换算成密勒指数，得到参考面的纵向、横向、法向指数；

(c)通过不同晶系的晶向夹角公式，计算出所需任意晶面的法线与参考面纵向、横向、法向之间的夹角α、β、γ；

(d)根据参考面纵向、横向、法向之间的夹角α、β、γ，调整晶体的切割方向，一次切割加工出符合要求的晶面。

2.根据权利要求书1所述的定向切割晶体任意晶面的简便方法，其特征在于：所述参考面是晶体上切割出的任意平面。

3.根据权利要求书1所述的定向切割晶体任意晶面的简便方法，其特征在于：采用电子背散射衍射方法确定参考面的纵向、横向、法向指数。

4.根据权利要求书1所述的定向切割晶体任意晶面的简便方法，其特征在于：采用电子背散射衍射方法确定参考面的纵向、横向、法向指数时，将晶片置于倾斜70°的样品台上，参考面朝上，且参考面平行于托台向右方向与样品台倾斜轴平行。

5.根据权利要求书1所述的定向切割晶体任意晶面的简便方法，其特征在于：计算出所需晶面的法线与参考面纵向、横向、法向之间的夹角α、β、γ之后，调整晶体切割方向，只需通过一次切割，即可准确地加工出符合要求的晶面。

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