ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Влияние неидеальной геометрической формы на результат взаимодействия света с пластиной из "Лазерная термометрия твердых тел " Возможность зарегистрировать сигнал, связанный с изменением температуры исследуемого образца, а также правильность интерпретации результата зависят для ряда методов ЛТ от знания геометрических параметров пластины. [c.58] Пластины (в частности, тонкие полупроводниковые монокристаллы) характеризуются, как правило, некоторыми отклонениями от идеальной плоскопараллельной формы, что обусловлено особенностями процессов резки, шлифовки и полировки пластин, а также сложностью контроля геометрических параметров в ходе технологического процесса (контроль после окончания процесса только фиксирует наличие и степень неидеальности, но повторная обработка пластин с целью устранить эту неидсальность практически никогда не проводится). Различные отклонения от идеальной формы по-разному влияют на результат взаимодействия света с пластиной. Например, при взаимодействии лазерного пучка с пластиной тонкого полупроводникового монокристалла происходит интерференция света, но ее проявление в проходяш,ем и отраженном пучках может соответствовать любой из возможностей, ограниченных предельными случаями (от интерференции в идеальной пластине до вырожденного режима многократных отражений без интерференции). В пределах плош,ади одного кристалла диаметром 75-Ь150 мм иногда проявляется полный спектр возможностей. Поэтому правильность интерпретации результатов лазерного зондирования зависит от знания геометрических свойств пластины. Неучет геометрических особенностей пластин иногда приводит к обнаружению фиктивных микро- и макрообъектов в монокристаллах (например, областей аномального поглош,ения света, волнообразного распределения примесей и т.д.). [c.58] Рассмотрим некоторые типичные особенности геометрической формы пластин, которые вносят существенные изменения в модели, описывающие взаимодействие. [c.59] Клиновидность пластин. Клиновидность (непараллельность поверхностей) означает изменение толщины пластинки вдоль произвольного направления и характеризуется углом (р между поверхностями. При малых углах 10 рад) можно принять tg с1к/с1х. Изменение толщины может иметь монотонный (неслучайный) и немонотонный (случайный) характер. В первом случае вся пластина является клиновидной, во втором для описания формы пластины необходимо измерять локальную клиновидность по всей поверхности (или в нескольких точках) и находить среднеквадратичное значение. Величина йк/йх, характеризующая случайную клиновидность пластин (с двумя полированными поверхностями) монокристаллического кремния и других полупроводников, весьма мала и лежит в диапазоне 10 -ь10 . Тем не менее, при использовании некоторых методов ЛТ это отклонение от параллельности представляет серьезную проблему. Распределение локального угла между поверхностями по площади пластины является характеристикой, позволяющей оценить как эффекты усреднения интерференции в сечении пучка, так и геометрическую расходимость пучков разных порядков после прохождения сквозь пластину. [c.59] С уменьшением длины волны становится возможным регистрировать меньшие углы. Например, для 81 на длине волны 1,15 мкм п 1= 3,54) получаем (1Н/(1х 2 10 рад, для ОаР на длине волны 0,63 мкм (п 3,4) (1Н1(1х 10 рад. [c.60] Для изучения неоднородностей толщины кристаллов применяется микроспектрофотометр с пространственным сканированием, в котором образец расположен на двухкоординатном столе и перемещается относительно зондирующего пучьа. по любой заданной траектории [2.43]. При этом можно регистрировать интенсивность отраженного, проходящего или рассеянного света при разных углах падения поляризованного света на поверхность образца. [c.60] В данном случае клиновидность является почти постоянной в интервале от ж Рй 3 мм до ж Рй 15 мм. Средний угол вдоль траектории сканирования можно определить следующим образом на отрезке Аж = = 17 мм сдвиг интерферограммы составляет N 8,5 полос, отсюда АН/Ах = ХМ/2пАх 8 10 . Средний угол между поверхностями для 4 кристаллов диаметром 100 мм и толщиной 0,454-0,48 мм составляет примерно 3 10 рад. Для пяти кристаллов диаметром 76 мм и толщиной 0,35-Ь0,38 мм средний угол составляет 10 рад. [c.61] Путем сканирования по параллельным траекториям (лежащим в двух взаимно перпендикулярных направлениях), расстояние между которыми составляет 1-ь4 мм, были построены карты распределения угла между поверхностями кристаллов и получены эмпирические аппроксимации плотности распределения углов. Для 400 участков размером 1x1 мм на одном кристалле вероятность встретить участок с углом г, лежащим в интервале (1,64-16) 10 рад, аппроксимируется выражением У г) рй 0,6ехр(—3,6 Ю г). Для 100 участков размером 4x4 мм вероятность встретить участок с углом г, лежащим в интервале (0,44-8) 10 рад, имеет вид У г) рй О, 2ехр(—4,1 Ю г). Из сравнения этих распределений видно, что на участках меньшего размера чаще встречаются большие углы между поверхностями. [c.62] При сканировании пластины световым пучком достаточно большого диаметра происходит практически полная компенсация разноименных экстремумов, и координатная зависимость отражения или пропускания представляет собой линию, на которой отсутствуют интерференционные осцилляции. [c.62] Методы панорамной интерферометрии [2.44, 2.45] позволяют визуализировать полосы равной толщины сразу по всей площади пластины и существенно ускоряют исследование геометрических неоднородностей монокристаллов. [c.62] Влияние непараллельности поверхностей прозрачных пластин или пленок на коэффициенты пропускания и отражения света рассмотрено в ряде работ [2.46-2.48]. [c.65] Шероховатость поверхности. Поверхность твердого тела не представляет собой идеально гладкую плоскость. Даже после тщательной полировки поверхность имеет микрорельеф, для которого отклонения высот (или глубин) 6к от идеальной плоскости на два-три порядка величины превышают амплитуду тепловых колебаний атомов ко-Условие 5/г Л.0 выполняется только для участков микроскопического размера на свежесколотой поверхности монокристалла. [c.65] На рис. 2.32 показан спектр рассеяния света полированной поверхностью монокристалла кремния, для которой средняя высота микрорельефа шероховатости не превышает 0,05 мкм. Спектр зарегистрирован с помощью спектрофотометра 8Ь1тас12и 11У 365, снабженного интегрирующей сферой диаметром 10 см. Образец был прижат к отверстию (диаметр 1 см) в сфере, шероховатая поверхность обращена внутрь сферы. Зондирующий пучок направляется внутрь сферы сквозь небольшое отверстие и падает на поверхность образца. Зеркальная составляющая отраженного пучка выходит из сферы через такое же отверстие и не попадает на фотоприемник. Рассеянная составляющая многократно отражается стенками сферы (покрытыми порошком из окиси бария) и детектируется фотоприемником. [c.65] Шероховатость поверхности может являться серьезным препятствием для любой оптической диагностики, поскольку количественная модель взаимодействия света с изучаемым образцом должна либо учитывать рассеяние, либо обосновывать его несущественность. Решение задачи о рассеянии света шероховатой поверхностью получено для предельных случаев, когда размеры элементов микрорельефа много меньше или много больше длины волны. Обычно вводят еще ряд предположений, связанных с выбором функции распределения высот и углов наклона элементов микрорельефа, пространственной функции корреляции профиля (характеризующей степень упорядоченности рельефа), проводимости материала и т. д. Взаимодействие света с шероховатыми поверхностями аморфных и поликристаллических материалов подробно рассматривается в ряде монографий [2.50, 2.51]. [c.66] Статистические характеристики профилей шероховатости получены с помош ью контактного профилометра при сканировании поверхности алмазной иглой с радиусом острия 12,5 мкм на базовой длине 2 мм. Для каждого кристалла сканирование проведено дважды параллельно и перпендикулярно базовому срезу кристалла. Данные для образцов а и б приведены в таблице 2.4. [c.68] Анизотропия пространственных спектров неоднородности проявляется в картине отражения лазерного пучка диаграмма отражения от шероховатой поверхности /100/ имеет форму креста, от поверхности /111/ — форму звезды с тремя лучами. Аналогичные картины (их называют фигурами астеризма) наблюдаются при освещении ямок травления, получаемых путем селективного химического травления и используемых для оптической ориентировки кристаллов [2.53]. Ямка травления на поверхности /100/ имеет форму четырехгранной пирамиды, у которой основание лежит на поверхности, а вершина — в глубине кристалла. Для шероховатой поверхности образца а характерны усеченные четырехгранные пирамиды в виде углублений. Для поверхности /Ш/ ямка травления имеет форму трехгранной пирамиды с основанием на поверхности. Элементы микрорельефа шероховатой поверхности /Ш/ имеют такую же форму. [c.69] При взаимодействии излучения с твердым телом происходят изменения интенсивности, поляризации, углового и спектрального состава света. Регистрация этих изменений лежит в основе диагностических методов, позволяющих определять оптические параметры, состав и структуру материалов. Наиболее информативными и распространенными методами диагностики твердых тел являются спектрометрия пропускания-отражения, эллипсометрия отражения, спектрометрия рассеяния и фотолюминесценции, нелинейно-оптическая спектрометрия. Информативность метода связана с его чувствительностью к изменениям регистрируемого параметра. [c.69] Перед применением модели, описываюш,ей взаимодействие излучения с образцом, необходимо исследовать вопрос о том, насколько она соответствует реальной схеме эксперимента, и какие посторонние эффекты могут влиять на регистрируемый сигнал. [c.71] Вернуться к основной статье