CN105548227B - 一种InAlSb薄膜中铝组分含量的测定方法及装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种InAlSb薄膜中铝组分含量的测定方法及装置，所述方法具体包括以下步骤：在InSb衬底上生长InAlSb薄膜，测定X射线的入射角在所述InAlSb薄膜满足布喇格方程时的角度θInAlSb测量；对所述θInAlSb测量进行修正，得到θInAlSb修正；根据θInAlSb修正得到所述InAlSb薄膜的点阵常数aInAlSb；根据InSb的点阵常数aInSb、AlSb的点阵常数aAlSb，以及所述aInAlSb得到所述InAlSb薄膜中铝组分的含量，本发明的方法和装置能够在不损伤样品的前提下方便快捷的测定InAlSb薄膜中铝组分含量，测试结果也较为精确。
Description
技术领域
本发明涉及试验及测试技术领域，特别涉及一种铟铝锑InAlSb薄膜中铝组分含量的测定方法及装置。
背景技术
在InSb衬底上外延InAlSb薄膜可以制备出能够在高于液氮温度下工作时性能良好的红外探测器器件。InAlSb薄膜中铝组分的含量是制备这种器件的重要指标，铝组分过低时，其对半导体禁带宽度的影响不大，不能达到高温工作的目的；铝组分过高时，又会引入过多位错，大大降低探测器器件的性能。
想要控制铝组分的含量，就必须先对其进行测试表征。现在常用的测试材料组分的方法有：X射线光电子能谱、二次离子质谱仪、红外吸收光谱等。但这些方法在用于测试薄膜材料组分时均存在一定的缺点，如X射线光电子能谱，其测试深度仅为几十埃，不能反映出薄膜材料的真实组分；对于二次离子质谱仪，由于各种元素的二次离子差额值相差非常大，做定量分析时通常需要标准样品进行校正，而用于测定InAlSb材料中铝含量的标准样制备工作量巨大；红外吸收光谱定量测试依据朗伯-比尔定律，要求被分析峰有足够的强度，否则其精度难以保证。
由此可见，现有技术中并没有一种能够方便快捷准确的测定InAlSb薄膜中铝组分含量的方法。
发明内容
本发明提供了一种铟铝锑InAlSb薄膜中铝组分含量的测定方法及装置，解决了现有技术中不能方便快捷准确的测定InAlSb薄膜中铝组分含量的问题。
本发明提供一种铟铝锑InAlSb薄膜中铝组分含量的测定方法，包括以下步骤：
在InSb衬底上生长InAlSb薄膜，测定X射线的入射角在所述InAlSb薄膜满足布喇格方程时的角度θInAlSb测量；
对所述θInAlSb测量进行修正，得到θInAlSb修正；
根据θInAlSb修正得到所述InAlSb薄膜的点阵常数aInAlSb；
根据InSb的点阵常数aInSb、AlSb的点阵常数aAlSb，以及所述aInAlSb得到所述InAlSb薄膜中铝组分的含量。
本发明还提供了一种铟铝锑InAlSb薄膜中铝组分含量的测定装置，包括测量模块、修正模块、点阵常数模块、铝组分含量模块：
所述测量模块，用于在InSb衬底上生长InAlSb薄膜，测定X射线的入射角在所述InAlSb薄膜满足布喇格方程时的角度θInAlSb测量；
所述修正模块，用于对所述θInAlSb测量进行修正，得到θInAlSb修正；
所述点阵常数模块，用于根据θInAlSb修正得到所述InAlSb薄膜的点阵常数aInAlSb；
所述铝组分含量模块，用于根据InSb的点阵常数aInSb、AlSb的点阵常数aAlSb，以及所述aInAlSb得到所述InAlSb薄膜中铝组分的含量。
本发明有益效果如下：
通过提供一种InAlSb薄膜中铝组分含量的测定方法及装置，根据InSb的点阵常数aInSb、AlSb的点阵常数aAlSb，以及InAlSb薄膜的点阵常数所述aInAlSb得到所述InAlSb薄膜中铝组分的含量，解决了现有技术中不能方便快捷准确的测定InAlSb薄膜中铝组分含量的问题，能够在不损伤样品的前提下方便快捷的测定InAlSb薄膜中铝组分含量，提高测试效率，并且由于X射线衍射法的精度很高，得到的测试结果也较为精确。
附图说明
图1为本发明方法实施例的InAlSb薄膜中铝组分含量的测定方法流程示意图；
图2为本发明方法实施例中改变入射角得到的衍射强度图谱示意图；
图3为本发明方法实施例中一束X射线照射到相邻两个原子面后发生反射的示意图；
图4为本发明装置实施例的InAlSb薄膜中铝组分含量的测定装置示意图。
具体实施方式
下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施例。虽然附图中显示了本公开的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。
为了解决现有技术现有技术中不能方便快捷准确的测定InAlSb薄膜中铝组分含量的问题，本发明提供了一种InAlSb薄膜中铝组分含量的测定方法及装置，以下结合附图以及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不限定本发明。
方法实施例
根据本发明的实施例，提供了一种InAlSb薄膜中铝组分含量的测定方法，图1是本发明方法实施例的InAlSb薄膜中铝组分含量的测定方法流程示意图，如图1所示，根据本发明方法实施例的InAlSb薄膜中铝组分含量的测定方法包括如下处理：
S101：在InSb衬底上生长InAlSb薄膜，测定X射线的入射角在所述InAlSb薄膜满足布喇格方程时的角度θInAlSb测量。
具体的，使用分子束外延法或其他方法在InSb衬底上生长一层或多层低铝组分InAlSb薄膜材料。图2为本发明方法实施例中改变入射角得到的衍射强度图谱示意图，在图2中横坐标代表X射线入射的角度，纵坐标表示衍射的强度。改变X射线的入射角，当入射角度满足衬底或者薄膜的布喇格方程时，相邻的两个原子面所反射的X射线的光程差为波长的整数倍，因此会发生干涉加强，在衍射强度图谱上体现为两个峰值，如图2所示，测试软件会自动标出两个峰值的位置，θInSb测量和θInAlSb测量。
由于X射线穿透能力很强，当一束X射线照射在晶体上时，不仅会使得表层原子面上的原子产生相互干涉，还能使深层内部的各层原子面上的散射波都参与干涉。图3为本发明方法实施例中一束X射线照射到相邻两个原子面后发生反射的角度示意图，考虑到hkl晶面族相邻两个原子面的情形，如图3所示，第一层原子面的反射线与第二层原子面的反射线之间的光程差δ＝CB+BD＝dhklsinθ+dhklsinθ＝2dhklsinθ，其中dhkl代表hkl晶面的间距，即图3中的A与B之间的距离。
根据光干涉原理，当相邻两束反射波的光程差为波长整数倍时，干涉加强，也就是说相邻晶面间的反射线干涉加强条件为2dhklsinθ＝nλ，2dhklsinθ＝nλ即为布喇格方程，在布喇格方程中，n为整数，称为反射级数。
为了简化布喇格方程，常把的n合并到晶面间距dhkl中，并令dHKL＝dhkl/n，这样hkl晶面产生的n级反射就可以看做HKL晶面的一级反射，布喇格方程表达式随之变为2dHKLsinθ＝λ。在本发明中，hkl表示实际存在的晶面族，HKL不一定是晶体中实际存在的晶面族，而是为了简化而引入的等效晶面族。
在hkl晶面族中，(hkl)是晶面的表示方法，称为晶面指数，具体的，晶面指数标定步骤如下：(1)在点阵中设定参考坐标系；(2)求得待定晶面在三个晶轴上的截距，若该晶面与某轴平行，则在此轴上截距为无穷大；若该晶面与某轴负方向相截，则在此轴上截距为一负值；(3)取各截距的倒数；(4)将三倒数化为互质的整数比。在本发明中，H＝nh，K＝nk，L＝nl，其中n为反射级数。
X射线衍射所选取的方向与衬底晶向相同，即100方向，故取h＝1，k＝0，l＝0。但由于在X射线衍射时存在消光现象，前3级衍射强度为0，故取n＝4，即H＝4，K＝0，L＝0。
S102：对所述θInAlSb测量进行修正，得到θInAlSb修正。
由于衬底本身会存在偏角，在测试θInAlSb测量时难免会引入角度的整体偏移，但是衬底与薄膜的反射角度之差△θ是固定的，据此可以对θInAlSb测量进行修正。
具体修正方法包括以下步骤：
通过公式1，根据InSb衬底的点阵常数aInSb得到InSb衬底HKL等效晶面族的晶面间距dHKL-InSb，
公式1
在公式1中H＝4，K＝0，L＝0。
通过公式2，根据所述dHKL-InSb和X射线波长λ，得到InSb衬底满足布喇格方程时的标准角度θInSb标准；
λ＝2dHKL-InSbsinθInSb标准 公式2；
测定X射线的入射角在所述InSb衬底满足布喇格方程时的角度θInSb测量，结合θInAlSb测量，通过公式3得到θInAlSb测量与θInSb测量之间的差值△θ，
△θ＝θInAlSb测量-θInSb测量 公式3；
通过公式4，根据θInSb标准和△θ得到θInAlSb修正，
θInAlSb修正＝△θ+θInSb标准 公式4。
对于步骤S102公式3中用到的θInSb测量可以与步骤S101用到的θInAlSb测量同时测出，如图2所示，测试软件会自动标出两个峰值的位置，θInSb测量和θInAlSb测量。
S103：根据θInAlSb修正得到所述InAlSb薄膜的点阵常数aInAlSb。
根据θInAlSb修正得到InAlSb薄膜的点阵常数aInAlSb具体包括以下步骤：
通过公式5，根据X射线波长λ和所述θInAlSb修正，得到InAlSb薄膜HKL等效晶面族的晶面间距dHKL-InAlSb，
2dHKL-InAlSbsinθInAlSb修正＝λ 公式5
通过公式6，根据所述dHKL-InAlSb得到InAlSb薄膜的点阵常数aInAlSb，
公式6
在公式6中H＝4，K＝0，L＝0。
S104：根据InSb的点阵常数aInSb、AlSb的点阵常数aAlSb，以及所述aInAlSb得到所述InAlSb薄膜中铝组分的含量。
具体的，通过公式7，根据InSb的点阵常数aInSb、AlSb的点阵常数aAlSb，以及所述aInAlSb计算InAlSb薄膜中铝组分含量x，
aInAlSb＝x×aAlSb+(1-x)×aInSb 公式7。
利用步骤S104能够得到InAlSb薄膜中铝组分含量的基本原理为维加德Vegard定律。由于InSb材料和AlSb材料同属于闪锌矿结构，可以近似认为其固溶体In1-xAlxSb点阵常数符合维加德定律：
aInAlSb＝x×aAlSb+(1-x)×aInSb 公式7
对公式7变形可得：
x＝(aInSb-aInAlSb)/(aInSb-aAlSb)
因此，只要知道了固溶体的点阵常数以及InSb和AlSb的点阵常数，就可以计算出InAlSb薄膜中铝组分含量x。
由于X射线衍射测试方法测试速度快，精度高，对样品几乎没有损伤，实施本发明的方法用于测试InSb衬底上外延低铝组分InAlSb薄膜材料铝含量，可以提高测试效率，并得到较高精度的结果。
装置实施例
根据本发明的实施例，提供了一种InAlSb薄膜中铝组分含量的测定装置，图4是本发明实施例的InAlSb薄膜中铝组分含量的测定装置的示意图，如图4所示，根据本发明实施例的InAlSb薄膜中铝组分含量的测定装置，包括：包括测量模块40、修正模块42、点阵常数模块44、铝组分含量模块46，以下对本发明实施例的各个模块进行详细的说明。
具体地，所述测量模块40，用于在InSb衬底上生长InAlSb薄膜，测定X射线的入射角在所述InAlSb薄膜满足布喇格方程时的角度θInAlSb测量；
所述修正模块42，用于对所述θInAlSb测量进行修正，得到θInAlSb修正。
所述修改模块42具体用于：
通过公式1，根据InSb衬底的点阵常数aInSb得到InSb衬底HKL等效晶面族的晶面间距dHKL-InSb，
公式1
在公式1中H＝4，K＝0，L＝0；
通过公式2，根据所述dHKL-InSb和X射线波长λ，得到InSb衬底满足布喇格方程时的标准角度θInSb标准；
λ＝2dHKL-InSbsinθInSb标准 公式2；
测定X射线的入射角在所述InSb衬底满足布喇格方程时的角度θInSb测量，结合θInAlSb测量，通过公式3得到θInAlSb测量与θInSb测量之间的差值△θ，
△θ＝θInAlSb测量-θInSb测量 公式3；
通过公式4，根据θInSb标准和△θ得到θInAlSb修正，
θInAlSb修正＝△θ+θInSb标准 公式4。
所述点阵常数模块44具体用于：
通过公式5，根据X射线波长λ和所述θInAlSb修正，得到InAlSb薄膜HKL等效晶面族的晶面间距dHKL-InAlSb，
2dHKL-InAlSbsinθInAlSb修正＝λ 公式5
通过公式6，根据所述dHKL-InAlSb得到InAlSb薄膜的点阵常数aInAlSb，
公式6
在公式6中H＝4，K＝0，L＝0。
所述铝组分含量模块46，用于根据InSb的点阵常数aInSb、AlSb的点阵常数aAlSb，以及所述aInAlSb得到所述InAlSb薄膜中铝组分的含量。
所述铝组分含量模块46具体用于：
通过公式7，根据InSb的点阵常数aInSb、AlSb的点阵常数aAlSb，以及所述aInAlSb计算InAlSb薄膜中铝组分含量x，
aInAlSb＝x×aAlSb+(1-x)×aInSb 公式7。
由于X射线衍射测试方法测试速度快，精度高，对样品几乎没有损伤，实施本发明的装置用于测试InSb衬底上外延低铝组分InAlSb薄膜材料铝含量，可以提高测试效率，并得到较高精度的结果。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。
Claims (6)
1.一种InAlSb薄膜中铝组分含量的测定方法，其特征在于，包括以下步骤：
在InSb衬底上生长InAlSb薄膜，测定X射线的入射角在所述InAlSb薄膜满足布喇格方程时的角度θInAlSb测量；
对所述θInAlSb测量进行修正，得到θInAlSb修正；
根据θInAlSb修正得到所述InAlSb薄膜的点阵常数aInAlSb；
根据InSb的点阵常数aInSb、AlSb的点阵常数aAlSb，以及所述aInAlSb得到所述InAlSb薄膜中铝组分的含量；
对θInAlSb测量进行修正，得到θInAlSb修正具体包括以下步骤：
通过公式1，根据InSb衬底的点阵常数aInSb得到InSb衬底HKL等效晶面族的晶面间距dHKL-InSb，
在公式1中H＝4，K＝0，L＝0；
通过公式2，根据所述dHKL-InSb和X射线波长λ，得到InSb衬底满足布喇格方程时的标准角度θInSb标准；
λ＝2dHKL-InSbsinθInSb标准 公式2；
测定X射线的入射角在所述InSb衬底满足布喇格方程时的角度θInSb测量，结合θInAlSb测量，通过公式3得到θInAlSb测量与θInSb测量之间的差值△θ，
△θ＝θInAlSb测量-θInSb测量 公式3；
通过公式4，根据θInSb标准和△θ得到θInAlSb修正，
θInAlSb修正＝△θ+θInSb标准 公式4。
2.如权利要求1所述的InAlSb薄膜中铝组分含量的测定方法，其特征在于，所述根据θInAlSb修正得到InAlSb薄膜的点阵常数aInAlSb具体包括以下步骤：
通过公式5，根据X射线波长λ和所述θInAlSb修正，得到InAlSb薄膜HKL等效晶面族的晶面间距dHKL-InAlSb，
2dHKL-InAlSbsinθInAlSb修正＝λ 公式5；
通过公式6，根据所述dHKL-InAlSb得到InAlSb薄膜的点阵常数aInAlSb，
在公式6中H＝4，K＝0，L＝0。
3.如权利要求1所述的InAlSb薄膜中铝组分含量的测定方法，其特征在于，根据InSb的点阵常数aInSb、AlSb的点阵常数aAlSb，以及所述aInAlSb计算InAlSb薄膜中铝组分含量具体包括以下步骤：
通过公式7，根据InSb的点阵常数aInSb、AlSb的点阵常数aAlSb，以及所述aInAlSb计算InAlSb薄膜中铝组分含量x，
aInAlSb＝x×aAlSb+(1-x)×aInSb 公式7。
4.一种InAlSb薄膜中铝组分含量的测定装置，其特征在于，包括测量模块、修正模块、点阵常数模块、铝组分含量模块：
所述测量模块，用于在InSb衬底上生长InAlSb薄膜，测定X射线的入射角在所述InAlSb薄膜满足布喇格方程时的角度θInAlSb测量；
所述修正模块，用于对所述θInAlSb测量进行修正，得到θInAlSb修正；
所述点阵常数模块，用于根据θInAlSb修正得到所述InAlSb薄膜的点阵常数aInAlSb；
所述铝组分含量模块，用于根据InSb的点阵常数aInSb、AlSb的点阵常数aAlSb，以及所述aInAlSb得到所述InAlSb薄膜中铝组分的含量；
所述修正模块具体用于：
通过公式1，根据InSb衬底的点阵常数aInSb得到InSb衬底HKL等效晶面族的晶面间距dHKL-InSb，
在公式1中H＝4，K＝0，L＝0；
通过公式2，根据所述dHKL-InSb和X射线波长λ，得到InSb衬底满足布喇格方程时的标准角度θInSb标准；
λ＝2dHKL-InSbsinθInSb标准 公式2；
测定X射线的入射角在所述InSb衬底满足布喇格方程时的角度θInSb测量，结合θInAlSb测量，通过公式3得到θInAlSb测量与θInSb测量之间的差值△θ，
△θ＝θInAlSb测量-θInSb测量 公式3；
通过公式4，根据θInSb标准和△θ得到θInAlSb修正，
θInAlSb修正＝△θ+θInSb标准 公式4。
5.如权利要求4所述的InAlSb薄膜中铝组分含量的测定装置，其特征在于，所述点阵常数模块具体用于：
通过公式5，根据X射线波长λ和所述θInAlSb修正，得到InAlSb薄膜HKL等效晶面族的晶面间距dHKL-InAlSb，
2dHKL-InAlSbsinθInAlSb修正＝λ 公式5；
通过公式6，根据所述dHKL-InAlSb得到InAlSb薄膜的点阵常数aInAlSb，
在公式6中H＝4，K＝0，L＝0。
6.如权利要求4所述的InAlSb薄膜中铝组分含量的测定装置，其特征在于，所述铝组分含量模块具体用于：
通过公式7，根据InSb的点阵常数aInSb、AlSb的点阵常数aAlSb，以及所述aInAlSb计算InAlSb薄膜中铝组分含量x，
aInAlSb＝x×aAlSb+(1-x)×aInSb 公式7。
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| Si( 111) 衬底切偏角对 GaN 基 LED 外延膜的影响;武芹等;《发光学报》;20150330;第36卷(第4期);全文 |
| 分子束外延InAlSb/InSb晶体的质量研究;刘铭等;《红外》;20141231;第35卷(第11期);第16页右栏第2段-第17页最后1段 |
| 分子束外延InSb 薄膜缺陷分析;周朋等;《激光与红外》;20140930;第44卷(第9期);全文 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |