一种偏离<100>晶向9o锗单晶片位错密度测量方法与流程

本发明涉及半导体材料，特别是涉及一种偏离<100>晶向9º锗单晶片位错密度测量方法。

背景技术：

航天工业的飞速发展对于空间太阳电池的需求日益加大，且质量要求越来越高。虽然经过不懈努力，硅太阳电池因其转换效率低，抗辐射能力弱，在空间应用领域，已逐渐被砷化镓太阳电池所替代。砷化镓太阳电池转化效率高，高温特性和耐辐射特性良好，更适合空间复杂环境，已成为空间飞行器的主流电源。锗材料具有与砷化镓材料相近的晶格常数和热膨胀系数，具有机械强度高、耐辐射性能好等特点，是目前砷化镓太阳电池最为理想的衬底材料。目前太阳能电池用锗单晶片衬底材料的晶向要求<100>晶向偏最近<111>9°±1°，国标《gb/t5252-2006锗单晶位错腐蚀坑密度测量方法》中要求锗样片的晶向偏离度小于6º，而对于锗单晶片偏离<100>晶向9º位错的检测还没有腐蚀检测方法，由于锗位错在锗单晶片上分布不均匀，现有位错腐蚀坑密度测量方法经多次测量会出现偏差较大的情况。因此，用现有国标方法腐蚀偏离<100>晶向9º的锗单晶抛光片的位错形貌（如图4所示）很不清晰。

技术实现要素：

鉴于现有技术存在的问题，本发明提供一种偏离<100>晶向9º锗单晶片位错密度测量方法。本方法通过提出一种新的锗位错腐蚀液的配比方法,能够清晰显示锗单晶位错形貌（如图5所示）。本发明从实践出发，根据影响偏离<100>晶向一定角度的锗单晶位错腐蚀的因素，通过改变腐蚀液的配方及腐蚀条件，能够清晰明显地显示偏离<100>晶向9º的锗单晶片的位错，并且提出更加精确的位错腐蚀坑密度计算方法。

本发明采取的技术方案是：一种偏离<100>晶向9º锗单晶片位错密度测量方法，其特征在于：包括以下步骤：

(1)、从预用锗单晶棒头尾切取偏离<100>晶向9º样片加工成锗抛光片。

(2)、配制位错腐蚀液，氢氟酸、硝酸和硝酸铜水溶液的体积比为1：（2.8-3.2）：（1.8-2.2）。

(3)、将锗抛光片置于花篮中，将花篮放入位错腐蚀液中，腐蚀时间为5-10min，温度为10-20℃。

(4)、取出花篮，用去离子水冲洗干净，将花篮放入甩干机，甩干速度为800-1200r/min，甩干时间为2-5min。

(5)、用金相显微镜观察腐蚀后的锗抛光片表面位错形貌，在锗抛光片表面上以方格边长为13mm布置一定数量的测试范围，每个测试范围选取一个测试点，对各测试点进行位错计数，计算其位错密度，计算公式为：

式中：ni：视场内位错个数；

c：显微镜系数；

n：测试点个数

nd：位错密度。

所述硝酸铜水溶液浓度为10%，氢氟酸的浓度为40%，硝酸的浓度为65%。

本发明与现有技术相比，优点和有益效果是：锗片位错形貌非常清晰,腐蚀温度范围较宽广操作方便,锗位错密度测量方法较现有方法取点范围更广更加精确。

附图说明

图1是本发明对100mm锗片测试点的布置图；

图2是本发明对125mm锗片测试点的布置图；

图3是本发明对150mm锗片测试点的布置图；

图4是本发明用国标腐蚀方法的锗晶片位错图；

图5是本发明用本腐蚀方法的锗晶片位错图。

具体实施方式

以下结合附图和实施例对本发明作进一步说明。

采用本方法，首先对不同规格的偏离<100>晶向9º锗单晶片位错密度测试范围进行布置：如图1所示，100mm偏离<100>晶向9º的锗单晶片位错密度测试范围布置32个；如图2所示，125mm偏离<100>晶向9º的锗单晶片位错密度测试范围布置52个；如图3所示，150mm偏离<100>晶向9º的锗单晶片位错密度测试范围布置89个。

实施例：150mm偏离<100>晶向9º锗单晶片位错密度测量步骤如下：

(1)从预用锗单晶棒头尾切取偏离<100>晶向9º样片加工成锗抛光片（加工抛光片为常规加工工艺）。

(2)配制位错腐蚀液，氢氟酸、硝酸和硝酸铜水溶液按照体积比为1:3:2。

(3)将锗抛光片置于花篮中，将花篮放入位错腐蚀液中，腐蚀时间为8min，温度为15℃；

(4)取出花篮，用去离子水冲洗干净，将花篮放入甩干机，甩干速度：1000r/min，甩干时间3min；

(5)用金相显微镜观察腐蚀后的锗抛光片表面位错形貌，测试范围如图3所示，方格边长为13mm，每个测试范围选取一个测试点，对89个测试点位错计数，计算其位错密度，计算公式为：

（各测试点位错个数之和）：205；

c（显微镜系数）:105；

nd（位错密度）:242个/cm²。

本方法反应机理：锗抛光片在硝酸氢氟酸硝酸铜腐蚀体系中，先被氧化为geo2。反应式为：ge+hno3+cu(no3)2→geo2+cuo+no↑+h2o。geo2和cuo被hf溶解，达到腐蚀抛光的效果，并显示位错，在该体系中，硝酸为氧化剂，氢氟酸为络合剂，氧化所需的h⁺基本全部来自于hno3的电离，hno3量大，氧化速率较快且彻底，h⁺的增多抑制了hf的电离，溶液中含有较多hf，氧化生成的geo2随时与hf络合生成可溶性络合物，层层剥离，硝酸铜中的cu⁺被还原出来，更为清晰地显示位错，并且腐蚀后的位错形貌更为明显易于观测。位错腐蚀反应由氧化反应和溶解反应共同完成，两个反应需要达到动态平衡才能达到腐蚀位错的最佳效果。

技术特征：

1.一种偏离<100>晶向9º锗单晶片位错密度测量方法，其特征在于：包括以下步骤：

(1)、从预用锗单晶棒头尾切取偏离<100>晶向9º样片加工成锗抛光片；

(2)、配制位错腐蚀液，氢氟酸、硝酸和硝酸铜水溶液的体积比为1：（2.8-3.2）：（1.8-2.2）；

(3)、将锗抛光片置于花篮中，将花篮放入位错腐蚀液中，腐蚀时间为5-10min，温度为10-20℃；

(4)、取出花篮，用去离子水冲洗干净，将花篮放入甩干机，甩干速度为800-1200r/min，甩干时间为2-5min；

(5)、用金相显微镜观察腐蚀后的锗抛光片表面位错形貌，在锗抛光片表面上以方格边长为13mm布置一定数量的测试范围，每个测试范围选取一个测试点，对各测试点进行位错计数，计算其位错密度，计算公式为：

式中：ni：视场内位错个数；

c：显微镜系数；

n：测试点个数；

nd：位错密度。

2.根据权利要求1所述的一种偏离<100>晶向9º锗单晶片位错密度测量方法，其特征在于：所述硝酸铜水溶液浓度为10%，氢氟酸的浓度为40%，硝酸的浓度为65%。

技术总结
本发明公开了一种偏离<100>晶向9º锗单晶片位错密度测量方法，包括配制腐蚀液：氢氟酸、硝酸和硝酸铜水溶液体积比为1：2.8‑3.2：1.8‑2.2；腐蚀：将锗抛光片置于花篮中，将花篮放入腐蚀液中，腐蚀时间为5‑10min，取出花篮，用去离子水冲洗干净；甩干：将花篮放入甩干机，甩干速度为800‑1200r/min，甩干时间2‑5min；用金相显微镜观察腐蚀后的锗抛光片表面位错形貌，在锗抛光片表面上以方格边长为13mm布置一定数量的测试范围，每个测试范围选取一个测试点，对各测试点位错个数计数，计算其位错密度；本发明能够清晰显示偏离<100>晶向9º的锗单晶片的位错形貌。

技术研发人员：高丹;佟丽英;赵权;张伟才;武永超;李保军
受保护的技术使用者：中国电子科技集团公司第四十六研究所
技术研发日：2021.04.22
技术公布日：2021.07.30