6H-SiC材料应力沿表面法线分布信息的测量方法技术

本发明专利技术公开了一种6H-SiC材料应力沿表面法线分布信息的测量方法。其技术步骤是：将6H-SiC材料水平放置于x射线衍射仪的载物台；依次对6H-SiC材料中的(0002)晶面和()晶面进行对光；以不小于50nm的步长减小x射线透射深度，并在各透射深度下获取()晶面的布拉格角；将测得的一组布拉格角代入布拉格方程，得到一组()晶面的面间距；根据这一组面间距计算6H-SiC材料应力沿材料表面法线分布的信息。本发明专利技术具有测试成本低，且对被测材料无损伤的优点，可用于精确分析应力影响材料结晶质量的机理，提高材料结晶质量。

【技术实现步骤摘要】
6H-SiC材料应力沿表面法线分布信息的测量方法
本专利技术属于微电子
，涉及半导体材料的测量方法，特别是一种6H-SiC材料应力沿表面法线分布信息的测量方法，可用于对6H-SiC材料应力的分析。技术背景作为第三代半导体材料的主要代表之一，SiC以其宽禁带、高电子迁移率、高热导率以及抗辐射、耐腐蚀等特性而被广泛应用于高频、大功率和高温电子器件。SiC材料拥有很多种晶体结构，其中6H-SiC是一种很重要的具有六方结构的材料。6H-SiC的器件结构普遍需要掺杂，而掺杂必然会对6H-SiC材料的晶格引入应力，从而影响材料的结晶质量。获取应力在材料中的分布信息是进行应力研究的前提。目前，可对6H-SiC材料的应力进行测量的设备包括拉曼散射仪、卢瑟福背散射仪和高分辨率x射线衍射仪。拉曼散射仪是一种可对6H-SiC材料应力沿表面法线分布信息进行测量的设备，参见T.Mitani,S.Nakashima,H.Okumura,andA.Ogura.DepthprofilingofstrainanddefectsinSiSi1-xGexSiheterostructuresbymicroRamanimaging.JournalofAppliedPhysics100,073511(2006)。采用该设备虽然可以直接获取6H-SiC材料中应力沿表面法线的分布信息，但测量前首先需要对被测材料进行切片，这对被测材料造成的损伤是不可逆转的。卢瑟福背散射仪可以对6H-SiC材料应力沿表面法线分布的信息进行无损测量，参见Y.Lu,G.W.Cong,X.L.Liu,D.C.Lu,etal.DepthdistributionofthestrainintheGaNlayerwithlow-temperatureAlNinterlayeronSi(111)substratestudiedbyRutherfordbackscattering/channeling.AppliedPhysicsLetters85,5562(2004)。采用该设备测量时虽然对被测材料造成的损伤非常小，但是由于设备价格高昂，使用不广泛，因此该测量不具有广泛应用价值。高分辨率x射线衍射仪是一种对被测材料无损伤且低成本的材料测试设备。目前，采用该设备对6H-SiC材料应力进行测量的步骤为：(1)对垂直于c轴的晶面如(0002)晶面做对称2θ-ω扫描，获取该晶面的面间距，进而计算出应力沿c轴方向的分量ε⊥；(2)对与c轴有一定夹角的晶面如晶面做掠入射2θ-ω扫描，获取该晶面的面间距，结合(1)计算出的ε⊥算出应力在c面面内的分量ε//。参见许振嘉《半导体的检测与分析(第二版)》。然而，无论是对称2θ-ω扫描还是掠入射2θ-ω扫描，其对应的x射线透射深度都是固定的，因此这种方法给出的沿c轴方向的应力分量ε⊥和c面面内应力分量ε//仅能近似反映被测材料在一个固定的x射线透射深度下所受应力的大小，无法给出应力沿表面法线的分布信息，不能用来精确分析应力影响材料结晶质量的机理。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种6H-SiC材料应力沿表面法线分布信息的测量方法，以解决现有技术不能用x射线衍射仪获取应力沿表面法线分布的信息这一问题。实现本专利技术的关键技术是：在6H-SiC材料的晶面组中选择具有较高出光强度、且晶面倾角略大于其Bragg角的晶面，通过使用三轴晶衍射技术对该晶面在不同x射线透射深度下做2θ-ω扫描，获取应力沿表面法线分布的信息。其技术步骤如下：(1)将6H-SiC材料水平放置于x射线衍射仪的载物台，该载物台设有三个转动轴，分别为ω轴、χ轴和φ轴，其中，ω轴平行于载物台，且垂直于x射线入射光束与x射线探测器组成的平面，χ轴平行于载物台，且与ω轴垂直，φ轴垂直于载物台；探测器可绕与ω轴重合的2θ轴旋转；(2)依次对所述6H-SiC材料中的(0002)晶面和晶面进行对光；(3)同时旋转载物台的ω轴、χ轴和φ轴，使该6H-SiC材料以晶面法线为轴单方向旋转，并以不小于50nm的步长逐渐减小x射线透射深度，每改变一次透射深度就对晶面进行一次三轴晶2θ-ω扫描，获取与该透射深度所对应的晶面的布拉格角θ。对所有的x射线透射深度依次进行三轴晶2θ-ω扫描，最后得到一组晶面的布拉格角θi，i＝1,2,…,N，N表示x射线不同透射深度的个数；(4)将测得的一组布拉格角θi依次代入以下布拉格方程，得到一组晶面的面间距di：其中，λ为x射线源所发射的x射线的波长，n为衍射级数；(5)将计算得到的一组面间距di依次代入以下方程组，得到6H-SiC材料沿表面法线分布的(0002)面内应力分量和c轴方向应力分量其中，dr为所参考的晶面的面间距，h、k、l为晶面的米勒指数，ν6H为6H-SiC材料的泊松比，取值为0.142。本专利技术与现有技术相比具有如下优点：1.本专利技术将x射线透射深度可变的衍射技术与三轴晶2θ-ω扫描相结合，可以获取不同的x射线透射深度下材料沿表面法线分布的应力信息；2.本专利技术能够给出一组沿表面法线分布的c轴应力分量和(0002)面内应力分量，因此为精确分析应力影响材料结晶质量的机理提供了依据。附图说明图1为本专利技术测量6H-SiC材料应力沿表面法线分布信息的流程图；图2为本专利技术晶面的x射线透射深度随φ轴旋转角变化的曲线图。具体实施方式参照图1，本专利技术根据所参考的不同应力状态下晶面的面间距，给出如下两种实施例。实施例1，以无应力状态下晶面的面间距为参考，对6H-SiC材料沿表面法线分布的(0002)面内应力分量和c轴方向应力分量进行测量。步骤1，选用高分辨率x射线衍射仪作为测量所用的设备，该x射线衍射仪设有一个x射线源、一个x射线探测器、一个真空泵和一个载物台，该载物台设有三个转动轴，分别为ω轴、χ轴和φ轴，其中，ω轴平行于载物台，且垂直于x射线入射光束与x射线探测器组成的平面，χ轴平行于载物台，且与ω轴垂直，φ轴垂直于载物台；探测器可绕与ω轴重合的2θ轴旋转，本实例选用但不限于配有Ge(220)四晶单色器和三轴晶的BrukerD8Discover系统的x射线衍射仪。步骤2，将6H-SiC材料水平放置于该x射线衍射仪的载物台中央，然后开启真空泵，使该6H-SiC材料吸附于载物台上。步骤3，对所述6H-SiC材料中的(0002)晶面进行对光。(3a)将x射线衍射仪工作模式调为双轴晶衍射模式；(3b)对(0002)晶面做ω扫描，即固定x射线源和x射线探测器，让载物台以ω轴为轴心做角度摆动，得到该晶面的摇摆曲线，然后将载物台ω角旋转至该曲线的衍射峰中心位置；(3c)对(0002)晶面做探测器扫描，即固定x射线源和载物台，让x射线探测器以2θ轴为轴心做角度摆动，得到探测器扫描曲线，然后将探测器2θ角旋转至该曲线的衍射峰中心位置；(3d)重复步骤(3b)，再对该(0002)晶面做一次χ扫描，即固定x射线源和x射线探测器，让载物台以χ轴为轴心做角度摆动，得到χ扫描曲线，并将载物台χ角旋转至χ扫描曲线最高点所在位置；(3e)重复步骤(3b)-(3c)，直到摇摆曲线的峰值不再增大，得到(0002)晶面双轴晶最佳对光条件，推出ω、2θ和χ轴的零点校正角。步骤4，对6H-SiC材料中的晶面进行对本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种6H‑SiC材料应力沿表面法线分布信息的测量方法，包括如下步骤：(1)将6H‑SiC材料水平放置于x射线衍射仪的载物台，该载物台设有三个转动轴，分别为ω轴、χ轴和φ轴，其中，ω轴平行于载物台，且垂直于x射线入射光束与x射线探测器组成的平面，χ轴平行于载物台，且与ω轴垂直，φ轴垂直于载物台；探测器可绕与ω轴重合的2θ轴旋转；(2)依次对所述6H‑SiC材料中的(0002)晶面和晶面进行对光；(3)同时旋转载物台的ω轴、χ轴和φ轴，使该6H‑SiC材料以晶面法线为轴单方向旋转，并以不小于50nm的步长逐渐减小x射线透射深度，每改变一次透射深度就对晶面进行一次三轴晶2θ‑ω扫描，获取与该透射深度所对应的晶面的布拉格角θ。对所有的x射线透射深度依次进行三轴晶2θ‑ω扫描，最后得到一组晶面的布拉格角θi，i＝1,2,…,N，N表示x射线不同透射深度的个数；(4)将测得的一组布拉格角θi依次代入以下布拉格方程，得到一组晶面的面间距di：di=nλ2sinθi,i=1,2,...,N]]>其中，λ为x射线源所发射的x射线的波长，n为衍射级数；(5)将计算得到的一组面间距di依次代入以下方程组，得到6H‑SiC材料沿表面法线分布的(0002)面内应力分量εi//和c轴方向应力分量εi⊥：ϵi//=di-drdr(h2+k2+l2)(h2+k2)-2v6H1-v6Hl2,i=1,2,...,N]]>ϵi⊥=-2v6H1-v6Hϵi//]]>其中，dr为所参考的晶面的面间距，h、k、l为晶面的米勒指数，ν6H为6H‑SiC材料的泊松比，取值为0.142。...

【技术特征摘要】
1.一种6H-SiC材料应力沿表面法线分布信息的测量方法，包括如下步骤：(1)将6H-SiC材料水平放置于x射线衍射仪的载物台，该载物台设有三个转动轴，分别为ω轴、χ轴和φ轴，其中，ω轴平行于载物台，且垂直于x射线入射光束与x射线探测器组成的平面，χ轴平行于载物台，且与ω轴垂直，φ轴垂直于载物台；探测器可绕与ω轴重合的2θ轴旋转；(2)依次对所述6H-SiC材料中的(0002)晶面和晶面进行对光；(3)同时旋转载物台的ω轴、χ轴和φ轴，使该6H-SiC材料以晶面法线为轴单方向旋转，并以不小于50nm的步长逐渐减小x射线透射深度，每改变一次透射深度就对晶面进行一次三轴晶2θ-ω扫描，获取与该透射深度所对应的晶面的布拉格角θ；对所有的x射线透射深度依次进行三轴晶2θ-ω扫描，最后得到一组晶面的布拉格角θi，i＝1,2,…,N，N表示x射线不同透射深度的个数；(4)将测得的一组布拉格角θi依次代入以下布拉格方程，得到一组晶面的面间距di：其中，λ为x射线源所发射的x射线的波长，n为衍射级数；(5)将计算得到的一组面间距di依次代入以下方程组，得到6H-SiC材料沿表面法线分布的(0002)面内应力分量εi//和c轴方向应力分量εi⊥：其中，dr为所参考的晶面的面间距，h、k、l为晶面的米勒指数，ν6H为6H-SiC材料的泊松比，取值为0.142。2.根据权利要求1所述的方法，其中步骤(2)所述的对6H-SiC材料中的(0002)晶面进行对光，其步骤如下：(2a)将x射线衍射仪工作模式调为双轴晶衍射模式；(2b)对...

【专利技术属性】
技术研发人员：张金风，聂玉虎，张鹏，蒋仁渊，郝跃，
申请(专利权)人：西安电子科技大学，
类型：发明
国别省市：陕西;61