CN101907576B - 一种检测碲锌镉材料缺陷空间延伸特性的方法 - Google Patents

一种检测碲锌镉材料缺陷空间延伸特性的方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种检测碲锌镉材料缺陷空间延伸特性的方法。其方法是：使用红外透射显微镜，以碲锌镉材料中的沉淀物为定位标记，测定碲锌镉材料缺陷腐蚀坑在多次腐蚀后的横向移动的取向和距离，结合腐蚀深度的测量确定缺陷的空间延伸特性。本方法定位精度高，腐蚀坑横向位移的测量精度可以达到0.2微米，操作方便，仪器要求简单，解决了长久以来，跟踪观察碲锌镉材料缺陷的定位难题。这对研究碲锌镉材料缺陷的特性，进而降低碲镉汞外延材料的位错密度具有实用价值。

Description

一种检测碲锌镉材料缺陷空间延伸特性的方法
技术领域
本发明涉及半导体材料检测技术，具体指一种检测碲锌镉材料缺陷空间延伸特性的方法。
背景技术
碲锌镉材料有两大用途，一是用于碲镉汞外延材料的衬底。碲镉汞外延材料则用于制备红外焦平面探测器，这类探测器作为航天红外遥感系统和武器装备的核心元器件被广泛使用；二是直接用于制备γ探测器，用于对核环境的监测、人体造影和包裹的安全检测。
随着上述领域中探测器技术的波段发展，对降低碲锌镉材料位错密度的要求也越来越高。然而，和大多数半导体材料不同，碲锌镉是一种高缺陷密度的材料，位错密度在5～10×104cm-3。从位错腐蚀坑的形状来看，碲锌镉材料的位错种类有4种之多。由于碲锌镉材料位错的短程穿越特性(不超过20微米)，至今无法使用位错腐蚀剂对形成的位错腐蚀坑进行定量的跟踪研究，其困难主要来自两个方面：一是无法对特定的位错进行标识；二是腐蚀前后无法对位错腐蚀坑的横向移动距离进行测量(在材料表面上找不到固定的参考点，纵向移动距离可以用z轴显微镜测定腐蚀台阶的高度来测定)，我们曾试图采用材料表面做标记的方法，用传统的三轴显微镜对特定腐蚀坑进行定位，但其误差与需要测试的尺度属于同一量级，无法满足对碲锌镉材料位错的空间延伸特性的研究。
正是因为对碲锌镉材料缺陷的认识存在复杂性，几十年来对碲镉汞和碲锌镉材料缺陷密度的控制一直未能取得实质性的突破。
发明内容
基于上述研究碲锌镉材料缺陷的困难，本专利公开了一种能够对碲锌镉材料缺陷腐蚀坑进行定位和横向移动进行精确测量的方法，即利用红外透射显微镜可以观察碲锌镉材料内部沉淀物缺陷的能力，将不受腐蚀影响的内部沉淀物缺陷作为表面缺陷腐蚀坑定位的参考点，由于内部沉淀物缺陷和表面缺陷腐蚀坑可以相距很近，腐蚀坑横向位移的测量精度可以达到0.2微米。
其具体步骤如下：
第一步：将碲锌镉样品的正面或者背面刻成网格，网格尺寸和放大倍数为500倍下的红外透射显微镜的视场在同一量级上，以便于找到用来定位的夹杂物。在腐蚀之前，在碲锌镉腐蚀面角上涂光刻胶。
第二步：使用Everson腐蚀剂对碲锌镉材料(111)B面进行腐蚀。由于碲锌镉中的缺陷的空间尺度较短，固每次的腐蚀时间为30～120s。腐蚀之后，使用红外透射显微镜先找到作为定位标记的夹杂物，使用红外透射显微镜的拍照功能，对其拍照。红外透射显微镜可以响应看见光和近红外波段。为了提高定位精度，简便操作过程，我们在选取夹杂物做定位标记的时候，选择那些呈现正三角形的或者正六边形的夹杂物。
第三步：将红外透射显微镜对焦至样品表面，在同一视场下，找到离夹杂物较近的腐蚀坑，对其拍照，作为研究对象。之所以在同一视场下，选择离夹杂物较近的腐蚀坑作为跟踪对象，是因为这样做可以减少定位角度误差对定位的影响。所拍的两张照片，是在同一视场下拍摄，只是在垂直方向上处于不同的面，故将两张照片合并在一起，就是一张带定位标记的碲锌镉材料缺陷腐蚀坑图片。
第四步：重复以上步骤多次，得到多张带有同一定位标记的碲锌镉材料缺陷腐蚀坑照片。以夹杂物为对准标记，将多张照片对准合并，得到碲锌镉材料缺陷腐蚀坑随着腐蚀而移动的图片。由于定位标记为有特定几何形状的夹杂物，在对准的时候，不光要在横向距离上对准，也需要旋转图片，使得定位标记的边重合。这样，就可以得到碲锌镉缺陷腐蚀坑的横向移动距离和取向。
第五步：使用丙酮将光刻胶清洗掉。之后使用台阶仪或者光学显微镜测试光刻胶保护面与腐蚀面之间的高差，得到腐蚀深度。结合位错腐蚀坑随腐蚀的横向移动距离和方向，确定该位错的空间延伸特性。
本发明的最大优点是：利用碲锌镉材料内部夹杂物来做定位标记，跟踪观察碲锌镉缺陷的空间延伸特性。在整个方法中，碲锌镉材料内部的夹杂物不会移动，也不会被破坏。且其具有特定的几何形状，这可以提高定位的精确度。本方法具有操作简便，所需实验设备简单，定位精度较高的特点。
附图说明
图1为本发明的原理图。
图2为碲锌镉材料内部沉淀物的红外照片。
图3为与附图2在同一视场下的碲锌镉材料缺陷腐蚀坑图片。
图4为带定位标记的碲锌镉材料缺陷腐蚀坑图片。图5为碲锌镉材料缺陷腐蚀坑随着腐蚀而移动的图片。
具体实施方式
a)使用划片机，将碲锌镉材料的正面刻成网格，网格尺寸为500μm×500μm。腐蚀之前，在碲锌镉腐蚀面角上涂光刻胶。
b)使用Everson腐蚀剂对碲锌镉材料(111)B面进行腐蚀，腐蚀时间为40s。腐蚀之后，使用红外透射显微镜先找到呈现正三角形的夹杂物作为定位标记，使用红外透射显微镜的拍照功能，对其拍照。附图2为碲锌镉材料内部夹杂物的红外照片。
c)将红外透射显微镜对焦至样品表面，在同一视场下，找到离夹杂物较近的腐蚀坑，对其拍照。附图3为与附图2在同一视场下的碲锌镉材料缺陷腐蚀坑图片。提取图2、图3的边框和图中的夹杂物轮廓、腐蚀坑轮廓。合并图2和图3，得到一张带定位标记的碲锌镉材料缺陷腐蚀坑图片，见图4。
d)重复b、c步骤4次，得到4张带有同一定位标记的碲锌镉材料缺陷腐蚀坑照片。以夹杂物为对准标记，将多张照片对准合并，得到碲锌镉材料缺陷腐蚀坑随着腐蚀而移动的图片。附图5为碲锌镉材料缺陷腐蚀坑随着腐蚀而移动的图片。这样，就可以得到碲锌镉材料缺陷腐蚀坑的横向移动距离和取向。使用丙酮将光刻胶清洗掉。之后使用台阶仪测试光刻胶保护面与腐蚀面之间的高差，得到腐蚀深度。结合位错腐蚀坑随腐蚀的横向移动距离和取向，确定该位错的空间延伸特性。

Claims (1)

1.一种用于检测碲锌镉材料缺陷空间延伸特性的方法，其特征包括以下步骤：
A.使用划片机，将碲锌镉材料的正面或者背面刻成网格，网格尺寸和放大倍数为500倍下的红外透射显微镜的视场在同一量级上，以便于在腐蚀之后找到用来定位的沉淀物，在腐蚀之前，在碲锌镉腐蚀面的角上涂光刻胶；
B.使用Everson腐蚀剂，对碲锌镉材料(111)的B面腐蚀，腐蚀时间1～2分钟，使用红外透射显微镜，选定碲锌镉材料内的三角形或者六边形沉淀物为定位标记，使用红外透射显微镜的拍照功能，对定位标记拍照；红外透射显微镜的CCD可以响应可见光和近红外；
C.在同一视场下，将红外透射显微镜对焦至样品表面，选定离定位标记较近的位错腐蚀坑作为跟踪对象，对其拍照；将定位标记的照片和位错腐蚀坑的照片合并，就得到一张带定位标记的碲锌镉位错腐蚀坑照片，在腐蚀过程中，定位标记在材料内部，不会被腐蚀破坏，且该定位标记具有特定形状，因此有很高的定位精度；
D.重复B、C步骤多次，得到多张带有同一定位标记的碲锌镉材料位错腐蚀坑照片，以沉淀物为对准标记，将多张照片对准合并，得到碲锌镉材料缺陷腐蚀坑随着腐蚀而移动的图片，确定该缺陷腐蚀坑随腐蚀而移动的横向距离和取向；
E.使用丙酮将光刻胶清洗掉，之后使用台阶仪或者光学显微镜测试光刻胶保护面与腐蚀面之间的高差，得到腐蚀深度，根据腐蚀深度和D步骤中得到的位错腐蚀坑横向移动距离和取向，确定该位错的空间延伸特性。
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