RU2645041C2 - Method for determining directions of dislocations in single crystals by acm - Google Patents

Method for determining directions of dislocations in single crystals by acm Download PDF

Info

Publication number
RU2645041C2
RU2645041C2 RU2016114211A RU2016114211A RU2645041C2 RU 2645041 C2 RU2645041 C2 RU 2645041C2 RU 2016114211 A RU2016114211 A RU 2016114211A RU 2016114211 A RU2016114211 A RU 2016114211A RU 2645041 C2 RU2645041 C2 RU 2645041C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
dislocations
pits
etching
crystals
single crystals
Prior art date
Application number
RU2016114211A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2016114211A (en
Inventor
Олег Иванович Марков
Юрий Вадимович Хрипунов
Original Assignee
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Орловский государственный университет имени И.С. Тургенева" (ОГУ имени И.С. Тургенева)
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Орловский государственный университет имени И.С. Тургенева" (ОГУ имени И.С. Тургенева) filed Critical Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Орловский государственный университет имени И.С. Тургенева" (ОГУ имени И.С. Тургенева)
Priority to RU2016114211A priority Critical patent/RU2645041C2/en
Publication of RU2016114211A publication Critical patent/RU2016114211A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2645041C2 publication Critical patent/RU2645041C2/en

Links

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L22/00Testing or measuring during manufacture or treatment; Reliability measurements, i.e. testing of parts without further processing to modify the parts as such; Structural arrangements therefor
    • H01L22/10Measuring as part of the manufacturing process
    • H01L22/12Measuring as part of the manufacturing process for structural parameters, e.g. thickness, line width, refractive index, temperature, warp, bond strength, defects, optical inspection, electrical measurement of structural dimensions, metallurgic measurement of diffusions

Landscapes

  • Testing Or Measuring Of Semiconductors Or The Like (AREA)

Abstract

FIELD: chemistry.
SUBSTANCE: method has an advantage over the X-ray diffraction topography method: it is not necessary to destroy the sample under study, it is possible to carry out the express control of large batches of single crystals. The method provides for the first time the possibility of express-determining the direction of dislocations in single crystals and epitaxial films. The method for determining dislocations in crystals involves selective chemical etching of the crystal to obtain etch pits with a size of 0.4-2 mcm and observation of etch pits by means of an atomic force microscope.
EFFECT: inclination angle of the faces of the etch pits is measured, according to the obtained data, the geometric models of the pits are constructed and the directions of the dislocations are calculated from the slope of the etching pit pyramids.
1 cl

Description

Изобретение относится к приборам и методам экспериментальной физики и предназначено для исследования дефектной структуры кристаллов.The invention relates to devices and methods of experimental physics and is intended to study the defective structure of crystals.

Известен способ исследования дислокаций в кристаллах рентгенодифракционной топографией, которая позволяет определить направления дислокации [Данильчук Л.Н., Окунев А.О., Иванов К.Г., Тимофеева Ю.В. Исследование дефектов структуры полуметаллов и полупроводников на основе монокристаллических сплавов (Bi+Sb) методами рентгеновской топографии//Заводская лаборатория. Диагностика материалов. - 2008. - Том 74. - №3. - С. 25-32].A known method for the study of dislocations in crystals by X-ray diffraction topography, which allows you to determine the direction of the dislocation [Danilchuk LN, Okunev AO, Ivanov KG, Timofeeva Yu.V. The study of structural defects of semimetals and semiconductors based on single-crystal alloys (Bi + Sb) by X-ray topography // Factory Laboratory. Diagnostics of materials. - 2008. - Volume 74. - No. 3. - S. 25-32].

Недостатками этого способа является сложность аппаратуры, необходимость разрушения образца для приготовления тонких шлифов исследуемого кристалла (0,2 мм), свойства рентгеновского излучения, вредные для здоровья особенно при длительной экспозиции (несколько часов), необходимость специально подготовленного персонала.The disadvantages of this method are the complexity of the equipment, the need to destroy the sample for preparing thin sections of the crystal under study (0.2 mm), the properties of x-ray radiation, harmful to health especially during prolonged exposure (several hours), the need for specially trained personnel.

Известен также металлографический способ определения дислокаций в кристаллах, включающий избирательное химическое травление в сочетании с подсчетом количества дислокаций под металлографическим микроскопом, который широко применяется в промышленных условиях при оценке качества кристаллов. Этим способом определяют важный параметр кристаллов - плотность дислокаций [Амелинкс С. Методы прямого наблюдения дислокаций. - М.: Мир. 1968. - 440 с.]. Недостатком этого метода является его ограниченность (определяется количество дислокаций, но не их направление), что не позволяет делать определенных выводов об условиях роста кристаллов и их свойствах.There is also a metallographic method for determining dislocations in crystals, including selective chemical etching in combination with counting the number of dislocations under a metallographic microscope, which is widely used in an industrial environment to assess the quality of crystals. This method determines an important parameter of crystals - the density of dislocations [Amelinks S. Methods of direct observation of dislocations. - M .: World. 1968. - 440 p.]. The disadvantage of this method is its limited nature (the number of dislocations is determined, but not their direction), which does not allow us to draw certain conclusions about the conditions of crystal growth and their properties.

Цель изобретения - определение направлений дислокаций.The purpose of the invention is the determination of the directions of dislocations.

Указанная цель достигается тем, что согласно способу определения направлений дислокаций в кристаллах, включающему селективное химическое травление кристалла и исследование ямок травления дислокаций, которое производят с помощью атомно-силового микроскопа, при этом измеряют геометрические параметры (углы наклона) граней ямок травления, по полученным данным строят геометрические модели ямок дислокаций и по наклону пирамиды ямки травления определяют направление дислокаций.This goal is achieved by the fact that according to the method for determining the directions of dislocations in crystals, including selective chemical etching of the crystal and the study of etching pits of dislocations, which is performed using an atomic force microscope, the geometric parameters (inclination angles) of the faces of the etching pits are measured, according to the obtained data geometric models of dislocation pits are built and the direction of the dislocations is determined by the slope of the pyramid of the etching pit.

Сущность изобретения заключается в сочетании химического травления с исследованием геометрических параметров ямок травления с помощью атомно-силового микроскопа (АСМ) и последующим моделированием геометрии ямки травления. Такая процедура дает возможность обнаружить различное огранение центральных участков, которое согласно законам геометрической кристаллографии отражает группу симметрии соответствующих им дислокаций. Свойство дислокаций, соответствующих разным направлениям, отличны, что определяет их различие по электрофизическим и механическим свойствам. В случае преобладания того или иного типа по всему объему кристалла или в части его исследователь может прогнозировать возможные отклонения в физических свойствах кристалла (легкость скольжения, электрофизические параметры).The essence of the invention consists in combining chemical etching with the study of the geometric parameters of etching pits using an atomic force microscope (AFM) and subsequent modeling of the geometry of the etching pit. Such a procedure makes it possible to detect various faceting of the central sections, which, according to the laws of geometric crystallography, reflects the symmetry group of the corresponding dislocations. The property of dislocations corresponding to different directions is different, which determines their difference in electrophysical and mechanical properties. If this or that type prevails over the entire volume of the crystal or in part, the researcher can predict possible deviations in the physical properties of the crystal (ease of sliding, electrophysical parameters).

Селективное (избирательное) травление осуществляют в составах, рекомендуемых стандартными методиками, но продолжительность травления в данном методе сокращается с нескольких минут до 10 с.Selective (selective) etching is carried out in compositions recommended by standard methods, but the etching time in this method is reduced from a few minutes to 10 s.

Затем при проведении атомно-силового исследования исходя из пространственной группы симметрии исследуемого кристалла делают вывод о возможных подгруппах симметрии направлений данного кристалла, которым и отвечают дислокации, как линейные дефекты структуры. Замерами ребер основания пирамиды ямки травления определяют группы симметрии дислокаций, геометрические модели типов дислокаций, свойственные данному кристаллу, и служат затем для определения направлений дислокаций. При этом могут быть определены также плотности дислокаций разных типов, являющиеся важнейшей характеристикой качества кристаллов. В качестве примера исследования проводились на кристаллах висмута и висмут-сурьма. Такая процедура может быть проведена для других монокристаллов и эпитаксиальных пленок. В каждом случае в первой стадии исследования проводится детальное измерение геометрической картины ямок травления, идентификация направлений дислокаций по пространственной картине и составление геометрических моделей типов дислокаций для данного образца и данной ориентации пространственной поверхности в образце.Then, when conducting atomic force research based on the spatial symmetry group of the crystal under study, it is concluded that there are possible subgroups of symmetry of the directions of this crystal, to which dislocations correspond, as linear structural defects. Measurements of the edges of the base of the pyramid of the etching pit determine the symmetry groups of dislocations, geometric models of the types of dislocations inherent in a given crystal, and then serve to determine the directions of dislocations. In this case, the densities of different types of dislocations can also be determined, which are the most important characteristic of the quality of crystals. As an example, studies were carried out on bismuth and bismuth-antimony crystals. Such a procedure can be performed for other single crystals and epitaxial films. In each case, in the first stage of the study, a detailed measurement of the geometric pattern of etching pits is carried out, the directions of dislocations are identified by the spatial pattern, and geometric models of the types of dislocations for a given sample and a given spatial surface orientation in the sample are compiled.

Способ имеет преимущество по сравнению с методом рентгенодифракционной топографии: нет необходимости разрушать исследуемый образец, можно осуществлять экспрессный контроль больших партий монокристаллов. Преимущество по сравнению с металлографическим методом состоит в том, что, во-первых, позволяет изучить пространственную картину ямки травления дислокаций, во-вторых, для исследования можно использовать значительно меньшие по размерам ямки травления, имеющие более правильную форму в силу того, что при этом концентрация травителя в процессе травления изменяется меньше.The method has an advantage over the method of x-ray diffraction topography: there is no need to destroy the test sample, you can carry out express control of large batches of single crystals. The advantage compared with the metallographic method is that, firstly, it allows to study the spatial picture of the etching pit of dislocations, and secondly, for the study, one can use significantly smaller etching pits that have a more regular shape due to the fact that the concentration of the etchant during the etching process changes less.

Способ впервые обеспечивает возможность экспресс - определения направления дислокаций в монокристаллах и эпитаксиальных пленках.The method for the first time provides the ability to express - determine the direction of dislocations in single crystals and epitaxial films.

Claims (1)

Способ определения дислокаций в кристаллах, включающий селективное химическое травление кристалла и исследование ямок травления дислокаций, отличающийся тем, что, с целью определения направлений дислокаций, травление производят в травителе до получения ямок травления размером 0,4-2 мкм, наблюдение ямок травления производят с помощью атомно-силового микроскопа (АСМ), при этом измеряют геометрические параметры (угол наклона граней) ямок травления, по полученным данным строят геометрические модели ямок дислокаций, по наклону пирамид ямок травления рассчитывают направления дислокаций.A method for determining dislocations in crystals, including selective chemical etching of the crystal and the study of etching pits of dislocations, characterized in that, in order to determine the directions of the dislocations, etching is performed in the etchant until etching pits are 0.4-2 μm in size, observation of etching pits is carried out using atomic force microscope (AFM), while measuring the geometric parameters (the angle of inclination of the faces) of the etching pits, using the data obtained, construct geometric models of the pits of dislocations, the slope of the pyramids of the pits t equations calculate the directions of dislocations.
RU2016114211A 2016-04-12 2016-04-12 Method for determining directions of dislocations in single crystals by acm RU2645041C2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2016114211A RU2645041C2 (en) 2016-04-12 2016-04-12 Method for determining directions of dislocations in single crystals by acm

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2016114211A RU2645041C2 (en) 2016-04-12 2016-04-12 Method for determining directions of dislocations in single crystals by acm

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2016114211A RU2016114211A (en) 2017-10-17
RU2645041C2 true RU2645041C2 (en) 2018-02-15

Family

ID=60120463

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2016114211A RU2645041C2 (en) 2016-04-12 2016-04-12 Method for determining directions of dislocations in single crystals by acm

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2645041C2 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2714304C1 (en) * 2019-06-03 2020-02-14 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "ОРЛОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ имени И.С. ТУРГЕНЕВА" (ОГУ им. И.С. Тургенева) Method of determining indices of dislocation direction

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109388892A (en) * 2018-10-17 2019-02-26 辽宁石油化工大学 A kind of modeling method of dislocation bifurcated atomic structure

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU971923A1 (en) * 1980-12-29 1982-11-07 Объединенный Институт Ядерных Исследований Method for detecting dislocations in crystals
RU2403648C1 (en) * 2009-05-08 2010-11-10 Государственное Образовательное Учреждение Высшего Профессионального Образования "Дагестанский Государственный Технический Университет" (Дгту) Method of detecting epitaxial dislocation defects
RU2600511C1 (en) * 2015-09-22 2016-10-20 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Тверской государственный университет" Method of determining density of dislocations in germanium monocrystals by profilometry

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU971923A1 (en) * 1980-12-29 1982-11-07 Объединенный Институт Ядерных Исследований Method for detecting dislocations in crystals
RU2403648C1 (en) * 2009-05-08 2010-11-10 Государственное Образовательное Учреждение Высшего Профессионального Образования "Дагестанский Государственный Технический Университет" (Дгту) Method of detecting epitaxial dislocation defects
RU2600511C1 (en) * 2015-09-22 2016-10-20 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Тверской государственный университет" Method of determining density of dislocations in germanium monocrystals by profilometry

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
С. Амелинкс. Методы прямого наблюдения дислокаций. М. МИР, 1968, стр.440. *

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2714304C1 (en) * 2019-06-03 2020-02-14 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "ОРЛОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ имени И.С. ТУРГЕНЕВА" (ОГУ им. И.С. Тургенева) Method of determining indices of dislocation direction

Also Published As

Publication number Publication date
RU2016114211A (en) 2017-10-17

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Kłosowski et al. Maintenance of industrial reactors supported by deep learning driven ultrasound tomography
Spandler et al. Diffusion and partition coefficients of minor and trace elements in San Carlos olivine at 1,300 C with some geochemical implications
Link et al. Synchrotron tomography of porosity in single-crystal nickel-base superalloys
Holzner et al. Diffraction contrast tomography in the laboratory–applications and future directions
RU2645041C2 (en) Method for determining directions of dislocations in single crystals by acm
Burr et al. In situ X-ray tomography densification of firn: The role of mechanics and diffusion processes
Guzzinati et al. Recent advances in transmission electron microscopy for materials science at the EMAT Lab of the University of Antwerp
Stoll et al. A review of the microstructural location of impurities in polar ice and their impacts on deformation
Hofmann et al. High-energy transmission Laue micro-beam X-ray diffraction: a probe for intra-granular lattice orientation and elastic strain in thicker samples
Miyamoto et al. Complete determination of ice crystal orientation using Laue X-ray diffraction method
Koizumi et al. Dislocations in high-quality glucose isomerase crystals grown from seed crystals
Gamanov et al. Evolution of local misorientations in the γ/γ’‐microstructure of single crystal superalloys during creep studied with the rotation vector baseline (RVB) EBSD method
Spaulding et al. Advanced microstructural characterization of four East Antarctic firn/ice cores
Gruenewald et al. Acquiring in situ fatigue crack growth curves by a compliance method for micro bending beams to reveal the interaction of fatigue cracks with grain boundaries
Miyamoto et al. Ice fabric evolution process understood from anisotropic distribution of a-axis orientation on the GRIP (Greenland) ice core
Chan et al. Micro‐computed tomography: Applications for high‐resolution skeletal density determinations: An example using annually banded crustose coralline algae
RU2600511C1 (en) Method of determining density of dislocations in germanium monocrystals by profilometry
JP4344173B2 (en) Method and apparatus for evaluating crystal defects in artificial quartz
JP6032590B2 (en) Method for producing zinc oxide single crystal
SU971923A1 (en) Method for detecting dislocations in crystals
McGuire et al. Automated mapping of micropipes in SiC wafers using polarized-light microscope
Kabukcuoglu 3D investigation of dislocation development in semiconductor wafers by means of x-ray diffraction imaging
Yu Quantitative analyses and modelling of the microstructures associated with the thermally activated aragonite-calcite transformation in single crystals, bivalve shells, and corals
Exner et al. Applications of image analysis for the quantitative characterisation of microstuctural defects in materials
Perlega Influence of testing frequency on the fatigue properties of polycrystalline copper

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20180413