Pierwszenstwo: Opublikowano: 25.IV.1969 57197 KI. 42 k, 46/07 MKP G 01 " M/M UKD Twórca wynalazku: mgr inz. Andrzej Cielecki Wlasciciel patentu: Polska Akademia Nauk (Instytut Technologii Elek¬ tronowej), Warszawa (Polska) Urzadzenie do wykrywania defektów krystalograficznych w szczególnosci w krysztalach pólprzewodnikowych Przedmiotem wynalazku jest urzadzenie pracu¬ jace w szerokim zakresie widma podczerwonego, które przeznaczone jest do wykrywania w ma¬ terialach defektów krystalograficznych, w szcze¬ gólnosci w krysztalach pólprzewodnikowych. De- 5 fekty takie powstaja pod wplywem róznych zanie¬ czyszczen oraz przy wydzielaniu gazów w procesie formowania krysztalu.Do defektów zalicza sie równiez pojedyncze dys¬ lokacje, ich zageszczenia oraz zrosty blizniacze 10 w krysztalach.W celu wykrycia i lokalizacji defektów stosuje sie dotychczas szereg znanych urzadzen.Jednym z nich jest mikroskop z przetwornikiem podczerwonym zwanym noktowizorem. Jest to 15 zwykly mikroskop, w którym pomiedzy obiekty¬ wem a okularem umieszczono lampe — przetwor¬ nik obrazowy. Lampa ta, wykorzystujaca zjawisko fotoelektryczne przetwarza obraz podczerwony wy¬ tworzony przez obiektyw na obraz w swietle wi- 20 dzialnym. Urzadzenia te wykorzystuja tylko zakres widma podczerwonego zawarty od 0,7 do 1,2 \im.Znane jest równiez urzadzenie zawierajace lam¬ pe typu superortikon lub vidikon, których swiatlo¬ czule mozaiki uczulone sa na podczerwien, w za- 25 kresie od 0,7 do 1,4 ^im dlugosci fali swietlnej.W urzadzeniu tym podczerwony obraz krysztalu jest rzucany poprzez uklad optyczny na swiatlo¬ czula mozaike lampy vidikon. Nastepnie w lampie obraz optyczny zostaje na drodze wybierania 30 elektronowego zamieniony na sygnal elektryczny, który przeslany zostaje do monitora odbiorczego.Urzadzenie to wprowadza znaczne zaklócenia do obrazu krysztalu, wynikajace z niejednorodnej czulosci fotoelektrycznej mozaiki lampy analizu¬ jacej.Mozaika lampy analizujacej sklada sie ze swia¬ tloczulych elementów polikrystalicznych a poli- krystalicznosc powoduje to, ze czulosc w róznych punktach elementów swiatloczulych jest rózna i staje sie przez to zródlem sygnalów zaklócajacych.Powstajace sygnaly zaklócajace w bardzo duzym stopniu utrudniaja badanie defektów w mono¬ krysztalach, które z reguly maja znacznie mniej¬ sze niejednorodnosci niz mozaika lampy analizu¬ jacej.Omówione powyzej urzadzenia pracujace w pa¬ smie widmowym bliskiej podczerwieni (ze wzgledu na czulosc fotoelementów) nie pozwalaja na prze¬ swietlanie monokrysztalów germanu.Znacznie przewyzszajacym dotychczasowe urza¬ dzenia jest urzadzenie pracujace na zasadzie wy¬ bierania optycznego, analogicznego do wybierania elektronowego z tym, ze strumien swiatla tworzy plamke swietlna przesuwajaca sie punkt po punk¬ cie po analizowanym krysztale. Strumien swiatla po przejsciu przez badana plytke trafia na umiesz¬ czony za plytka detektor.W urzadzeniu tym badana plytka jest nierucho¬ ma a przesuwanie plamki uzyskuje sie za pomoca 5719757197 4 *-••.-¦ ... , Takie rozwiazanie pozwala na zastosowanie de¬ tektora punktowego oraz na ustawienie plamki tak, aby padala ona tylko w jeden punkt detek¬ tora o najwiekszej czulosci. Eliminuje sie w ten 5 sposób nieuniknione dotychczas wplywy nierówno- miernosci rozmieszczenia otworków na tarczy wi¬ rujacej oswietlenia oraz drgania plamki po po¬ wierzchni detektora bedace zródlem zaklócen.Badana plytka moze sie poruszac po krzywej io o ksztalcie kola, cykloidy lub najczesciej ruch ten bywa rastrem. Ogólnie jest to ruch powtarzajacy sie cyklicznie. 3 ruchomego ukladu optycznego, znajdujacego sie przed i za plytka. Ruchome uklady optyczne sta¬ nowia obracane lub przesuwane zwierciadla, so¬ czewki i pryzmaty. Plamka przesuwa sie po do¬ wolnej krzywej takiej jak cykloida, krzywa ra¬ strowa lub okreg kola. Jako detektor stosuje sie termistor lub detektor fotooporowy zamieniajacy obraz optyczny badanej plytki na sygnal elek¬ tryczny, doprowadzany do monitora. Wada tego urzadzenia jest zastosowanie klopotliwego i malo- precyzyjnego ruchomego ukladu optycznego, który $ gp^iktycznie uniemozliwia skierowanie strumienia swietlnego, po przejsciu przez badana plytke, na jeden punkt detektora.W przypadku stosowania termistora o mniejszej ale jednorodnej czulosci ten wymóg nie jest ko¬ nieczny, ale przy zastosowaniu punktowego de¬ tektora polikrystalicznego w postaci siarczku olo¬ wiu o duzej, ale niejednorodnej czulosci, plamka swietlna musi bezwzglednie padac na jeden i ten sam punkt detektora o najwiekszej czulosci, jezeli sie chce uzyskac najlepszy obraz dane badanej plytki, zarówno co do struktury wewnetrznej jak i powierzchniowej. Sygnaly zaklócajace beda wtedy bardzo male.Dotychczasowe wybieranie optyczne praktycznie nie pozwala na skupienie plamki swiatla w jed¬ nym punkcie o najwiekszej czulosci detektora punktowego. Plamka swietlna strumienia swiatla podlega zawsze pewnym drganiom i pada na inne sasiednie krysztalki detektora o innej czulosci powodujac powstawanie dodatkowej zaklócajacej modulacji strumienia padajacego na detektor.Znane jest równiez urzadzenie, w którym plam¬ ka swietlna pada na jeden wybrany punkt detek¬ tora punktowego, a wybieranie* optyczne uzyskuje sie za pomoca oswietlonej wirujacej tarczy, w któ¬ rej wykonane sa otwory. W urzadzeniu tym wy¬ korzystywane sa w pelni dodatnie wlasnosci detek¬ tora punktowego, jednak znaczny szkodliwy wplyw na wyniki badanej plytki maja nierównomiernosci w wykonaniu otworków w tarczy, praktycznie nie¬ mozliwe do usuniecia i niejednorodnosc calej po¬ wierzchni tarczy. Te wady w wykonaniu otwor¬ ków i oswietleniu tarczy powoduja powstawanie szkodliwej modulacji swiatla, której glebokosc jest znacznie wieksza od glebokosci modulacji po¬ wstalej od defektów badanej plytki monokrysztalu.Celem wynalazku jest opracowanie urzadzenia, w którym wyeliminowane bylyby wady dotych¬ czasowych urzadzen, powodujace szkodliwa modu¬ lacje strumienia swietlnego a w pelni wykorzy¬ stane zalety detektora punktowego wykonanego np. z siarczku olowiu lub siarczku kadmu.Zadanie to wedlug wynalazku zostalo rozwiazane przez wprawienie badanej monokrystalicznej plytki pólprzewodnikowej w ruch, wzgledem nierucho¬ mego: strumienia swietlnego padajacego na plytke badana, ukladu optycznego i detektora, który to ruch zsynchronizowany z ruchem strumienia elek¬ tronów w lampie, kineskopowej np. w postaci rastra umozliwia optyczna analize punkt po punk¬ cie. Jest to wiec rozwiazanie wykorzystujace za¬ sade optycznego wybierania z tym, ze odmiennie niz dotychczas, ruchowi poddana zostaje plytka.Sygnal z detektora podawany jest poprzez uklad wzmacniajacy do siatki lub katody lampy kine- 15 skopowej. Napiecie odchylajace strumien elektro¬ nów w kineskopie jest zsynchronizowane z ru¬ chem badanej plytki. Napiecie przylozone do pio¬ nowych plytek jest zsynchronizowane z pionowym ruchem plytki, a napiecie przylozone do poziomych 20 plytek jest zsynchronizowane z poziomym ruchem badanej plytki. W szczególnym przypadku napiecie zasilajace poziome plytki kineskopu moze miec taki sam ksztalt sinusoidalny jak napiecie zasila¬ jace uzwojenie wibratora wprawiajacego w ruch 25 poziomy badana plytke.W urzadzeniu wedlug wynalazku wyeliminowano wiec wady dotychczasowych urzadzen jak wplyw niejednorodnosci czulosci detektorów, wykorzy¬ stano calkowicie zalety detektorów punktowych fotooporowych dzieki unieruchomieniu plamki swiatla w stosunku do detektora.Wynalazek zostanie objasniony blizej na pod¬ stawie rysunku, na którym fig. 1 przedstawia 35 ogólny, pogladowy schemat urzadzenia, fig. 2 — ruch badanej plytki monokrysztalu, fig. 3 — przy¬ klad wykonania wibratora w widoku z przodu, a fig. 3a uklad z fig. 3 w widoku z boku z cze¬ sciowym przekrojem, fig. 4 — przyklad wykonania 40 wibratora ze stopniem sterujacym.Urzadzenie wedlug wynalazku przedstawione na fig. I sklada sie ze zródla swiatla 1, którego pro¬ mien P przechodzi przez uklad optyczny 2, badana próbke monokrysztalu 3, drugi uklad optyczny 4 i pada na detektor punktowy 5.Próbka monokrysztalu 3 zamocowana jest za po¬ moca elektrod Ei i E2 do ramienia 6 wibratora 7.Wibrator 7 opiera sie za posrednictwem lozyska 8 50 o krzywke 9, która osadzona jest na wale 10 na¬ pedzanym za pomoca silnika 15. Na wale 10 osa¬ dzona jest równiez krzywka 11 ze stykami 12 oraz slizgacz 14 potencjometru 13. Za pomoca styków 12 doprowadzone jest napiecie wygaszajace do siat- 55 ki 23 lampy kineskopowej "20. Potencjometr 13 zasilany z zasilacza 19 stanowi zródlo napiecia od¬ chylajacego dla plytek pionowych 21 lampy 20.Na ramieniu 6 umieszczony jest regulator 29 prze¬ znaczony do regulacji momentu bezwladnosci ra- 60 mienia 6. Plytki odchylania poziomego polaczone sa ze wzmacniaczem 18 napiecia podstawy czasu, który zasilany jest napieciem sieci US poprzez filtr 17. Na wyjsciu filtra 17 wlaczony jest równiez przesuwnik fazy 16 zasilajacy uzwojenie wibra- 65 tora 7. Napiecie Vqp zasilajace uzwojenie wibra- 55 6057197 5 lora 7 wyprzedza napiecie U zasilajace plytki po¬ ziome 22, gdyz badana próbka 3 wraz z drgajacym ramieniem 6 ma pewna bezwladnosc, która powo¬ duje opóznienia fazowe badanej próbki 3 w sto¬ sunku do strumienia elektronowego W odtwarza¬ jacego obraz na ekranie lampy 20. Do siatki 23 lampy 20 doprowadzony jest, poprzez przelacznik 24, styk a i wzmacniacz 26 sygnal absorbcyjny z detektora punktowego 5. Równiez do siatki 23 doprowadzany jest poprzez przelacznik 24 styk b i wzmacniacz 25 sygnal fotoefektu uzyskamy na elektrodach Ex i E2.Fig. 2 przedstawia ruch poziomy plytki 3 ^ dwoma elektrodami Ex i E2 i ramieniem 6 wzgledem plamki swietlnej P. Ruch poziomy plytki oznaczony jest przez strzalke X a ruch pionowy przez strzalke Y.Na fig. 3 i 3a przedstawiony jest przykladowy wibrator 7, który stanowi elektromagnes sklada¬ jacy sie z rdzenia 28 i uzwojenia 27 i przesuwany jest za pomoca wózka 31 i 31a po prowadnicach 30 i 30a. Przesuwanie wibratora 7 wraz z badana plytka.3 i ramieniem 6 odbywa sie za pomoca ra¬ mienia 34, do którego zamocowane jest lozysko 8 przesuwajace sie po powierzchni krzywki 9, osa¬ dzonej w podnosniku 36..Podnosnik 36 przesuwany za pomoca servo-mo- toru 40 poprzez kolo zebate 41. Krzywka 9 sprze¬ zona jest z walem 10 za pomoca sprzegla 33. Sa¬ nie 35 wraz z pokretlem 37 umozliwiaja przesuw wibratora 7 w plaszczyznie poprzecznej do promie¬ nia swiatla P padajacego na plytke monokryszta¬ lu 3. Mechanizm nastawczy 38 wraz z pokretlem 39 umozliwia obrót wibratora w plaszczyznie pozio¬ mej.Na fig* 4 przedstawiony jest wibrator ze stop¬ niem sterujacym. Badany preparat 3 wraz z ra¬ mieniem 6 osadzony jest w wirniku 42. Wirnik 42 umieszczony jest miedzy biegunami N2, N2, Sx i S2 Tdzenia 28 magnesu trwalego 43. Anoda lampy L^ jest polaczona poprzez: cewki 27a, 27c nawiniete na biegunach N2, S2 oraz cewki 27b, 27d nawiniete na biegunach N,, Sj i opornik R2 z dodatnim za¬ ciskiem zródla pradu.Natomiast anoda lampy L2 jest polaczona z do¬ datnim zródlem napiecia poprzez: cewki 27d' 27b' nawiniete na biegunach 8lf Nj oraz cewki 27c', 27a' nawiniete na biegunach S2, N2 i opornik Rla Urzadzenie dziala w nastepujacy sposób. Po umieszczeniu plytki monokrysztalu 3 w ramieniu 6 (fig. 1) nastepuje wprawienie w drganie poziome próbki przez zasilenie uzwojenia wibratora 7 na¬ pieciem sieciowym Vqpw Równoczesnie zostaje zasi¬ lony silnik elektryczny 15, który napedza wal 10 i krzywke 9 po powierzchni której porusza sie lozysko 8.Krzywka 9 wprawia w ruch pionowy wibrator 7, a tym samym i badana próbke (fig. 2). Ruch po¬ ziomy badanej plytki monokrysztalu 3 jest zsyn¬ chronizowany z ruchem poziomym strumienia elek¬ tronów W lampy 20 odchylanym za pomoca pozio¬ mych plytek 22 zasilanych napieciem sieciowym U ze wzmacniacza 18. Napiecie sieciowe U zasilajace poziome plytki odchylajace 22 jest opóznione o kat cp w stosunku do napiecia Vcp zasilajacego 6 uzwojenie wibratorst 7. Przesuniecie fazowe miedzy napieciami U i Vcp jest konieczne ze wzgledu na bezwladnosc próbki badanej 3 wraz z drgajacym ramieniem 6. 5 Bezwladnosc ta powoduje opóznienie fazowe w ruchu badanej próbki w stosunku do strumienia elektronowego W odtwarzajacego obraz. Dla uzy¬ skania wspólbieznosci ruchu poziomego badanej próbki 3 i strumienia elektronowego W wlaczono io w obwód zasilajacy wibratora 7 przesuwnik fazo¬ wy 16, który powoduje wyprzedzenie fazowe na¬ piecia Vqp w stosunku do poziomego napiecia od¬ chylajacego w lampie 20.Wspólbieznosc w ruchu pionowym badanej plyt- 15 ki 3 i strumienia elektronowego W uzyskana jest przez umieszczenie na wale 10: krzywki 9 podno¬ szacej wibrator 7, slizgacza 14, potencjometru 13, z którego zasilane sa pionowe plytki odchylajace 21 lampy 20. 20 Wibrujace ramie 6 ma dlugosc znacznie wieksza od amplitudy wychylenia poziomego plytki bada¬ nej 3 i dlatego mozemy przyjac, ze poziomy ruch plamki swietlnej po badanej próbce jest liniowy.Poniewaz ruch pionowy plytki 3 jest znacznie wol- 25 niejszy od ruchu poziomego, to plamka swietlna padajacego strumienia swietlnego P dokonuje ana¬ lizy punkt po punkcie wybranej czesci próbki 3 na wzór wybierania liniowego, jakiego dokonuje strumien elektronów po mozaice cezowej w na- 30 dawczych lampach obrazowych. Strumien swietl¬ ny P wychodzacy ze zródla 1 i przechodzac przez uklad optyczny 2, badana plytke 3, uklad optycz¬ ny 4, pada zawsze w jeden wybrany punkt punk¬ towego detektora fotoelektrycznego 5. 35 Strumien P po wyjsciu z plytki 3 jest zmodulo¬ wany na skutek róznicy absorbcji swiatla w po¬ szczególnych obszarach próbki 3. W ten sposób, z detektora 5, otrzymujemy impulsy elektryczne rozlozonego obrazu absorbcyjnego analizowanej 40 próbki krysztalu, które poprzez wzmacniacz 26, zacisk a przelaczniki 24, przykladanie jej do siat¬ ki 23 lampy kineskopowej 20 w wyniku czego na ekranie otrzymujemy obraz struktury wewnetrz¬ nej badanej próbki. 45 Jezeli przelacznik 24 zostanie przylaczony w po¬ zycje b, to na ekranie lampy 20 otrzymamy obraz fotoelektryczny badanej plytki, gdyz wzmocnione napiecie fotoelektryczne we wzmacniaczu 25 ze¬ brane przez mocujace elektrody Ex i E2 jest przy- 50 kladane do siatki 23 lampy 20. Przelacznik 24 po¬ zwala wiec na nakladanie na siebie obrazów ab- sorbcyjnych i fotoelektrycznych aby móc dokonac korelacji obrazów w próbkach charakteryzujacyclr sie obydwoma efektami. 55 Ze wzgledu na powolny ruch poziomy strumienia elektronowego W (czas trwania jednej ramki wy¬ nosi okolo 6 sek.) lampa kineskopowa 20 ma ekran o dlugiej poswiacie. Druga krzywka 11 zawiera styki 12, które po zakonczeniu zapisu ramki zo- eo staja zwarte i do siatki 23 lampy 20 zostaje do¬ prowadzony ujemny impuls wygaszajacy elektro¬ nowy strumien W piszacy ramke. Dzialanie elek¬ tromagnesu 7 przedstawia blizej fig.. 4. Napiecie sinusoidalne U doprowadzane do siatek steruja- 65 cych lamp Lj i L2.7 Gdy przewodzi lampa L2 (dodatnia polówka si- nosoidy), to wirnik 42 odchyla sie w kierunku c a nastepnie wraca do punktu wyjsciowego. Gdy przewodzi lampa L2, to wirnik odchyla sie w kie¬ runku ti, a nastepnie wraca do polozenia wyjscio¬ wego.Tfck* ze w ciagu jednego okresu ramie; wychyla sie z punktu poczatkowego do punktu c, nastepnie przez punkt poczatkowy do punktu di z powro¬ tem 'do punktu poczatkowego.Oczywiscie mozliwe sa równiez inne rozwiaza¬ nia, wykorzystujac zasade wedlug wynalazku, za- rów&o ukladów synchronizacji zapisu obrazu jak i wprawiania w ruch badanej próbki pólprzewod¬ nikowej, Mozna by np. wykorzystac ruch ramie¬ nia € do wytwarzania na drodze optycznej lub indutecyjjroej impulsów sterujacych generator na¬ piecia odchylania poziomego w lampie kinesko¬ powej £0. PL