微区应力和应变的电子背散射衍射分析

《微区应力和应变的电子背散射衍射分析》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。

1、摘要摘要本论文采用高分辨热场发射扫描电镜(TFE—SEM)，配置电子背散射衍射仪(EBsD)和x射线能谱仪(EDS)一体化分析系统，测试了半导体外延材料中的应力分布，以及应变的多晶材料的微观结构变化。在单晶异质外延材料中，采用EBSD的菊池花样质量(IQ)和Hough变换、晶格转动量、晶格错配等测量参数，作为应力敏感参数，表征GaN／蓝宝石、GaAs／A1GaAs、GaAs／A1GalnP外延系统中的晶格错配应力，以及GaAs—GaN键合晶片的界面热应力。GaN／Buffer／蓝宝石系统中，以IQ、CI(confidenceindex)和Fit图，

2、显示出应力缓冲层(Buffer层)附近～500nln的弹性应变场，测算出Buffer层中的位错密度～8×1011／m2。由菊池花样的快速傅立叶变换(FFT)和Matlab计算得到，Buffer层应变晶体的衍射强度下降了64．5％。扫描近场声成像(SNAM)和扫描热成像(SThM)的结果显示，失配度较大的Buffer层为应力集中和热导率较低的区域。GaAs／AIGa／nP系统的GaAsbuffer层重掺杂Si后，使晶体质量降低了4％，相应光电子器件的发光率降低了3～4倍。GaAs／AIGaAs系统中的前7个外延周期(约560nm)的IQ值明显降低，花

3、样衍射强度下降了79％，表明晶格错配应力集中在前7个周期。GaAs．GaN键合系统的匹配晶向<114>G。A：s／／<0001>GaN的界面质量良好。由IQ图、晶格转动和FFT表明，热应力和位错密度：界面中心区域小于边缘区域；应力影响范围：GaN层小于GaAs层。有限元模拟的热应力云图与IQ图的应力分布相符合。模拟结果显示，剥离应力(orv)和剪应力(orxv)主要分布在边缘区域，正应力(6x)主要分布在中心区域。最大ax、6v和6xv分别为4．3×10一MPa、6．4x107MPa和2．0×107MPa，其中a、，是导致解键合的主要原因。在多晶N

4、i．W基带中，准原位研究了拉伸应变晶体在晶粒尺度上发生的变化，包括晶粒尺寸、转动、取向、形状及晶界特征。Ni．W样品的应变量￡≤1．2％时，其微结构无明显变化。s=1．2％～5．4％时，随￡增加，晶粒取向无明显变化，晶格转动达～60，位错密度增加了4倍。小角北京工业大学T学硕Jj学位论文度晶界增加了4倍，孪晶界减小了80％，300一570的晶界增加5倍。IQ值减小了45％，CI值减小了51％，Fit增加了83％。花样强度减小了54％。单一晶粒的形状因子和Taylor因子的统计结果表明，当g>0．9％时，晶粒的长、短轴变化了25％～45％，Taylo

5、r因子随￡增大而降低，一些晶粒内的Taylor因子显示出差异，表明晶粒己产生变形、滑移和转动。Taylor因子的最小值出现在与拉伸方向夹角26．60，与{1l1)<1．10>滑移系夹角55．90的(OO1)[2110]取向(允差±50)的晶粒中。．EDAX—EBSD系统测试单晶和多晶的空间分辨率和角分辨率分别可达到：30～40nlIl和～O．30，以及～1岬和～10。EBSD菊池花样的标定参数IQ、CI、Fit，以及晶格转动、错配、Taylor因子等测试参数可做为应力敏感参数，评价微区(几十nm～lbtm)和较小错配度(O．14％)材料中的应力和应

6、变。关键词EBSD；应力和应变；半导体外延层；Ni—w合金ABSTRACTABSTRACTInthispaper,theintegratedanalyticalsystemofelectronbackscatterdiffraction(EBSD)andX—raydiffraction(XRD)equippedinahighresolutionthermalfieldemissionscanningelectronmicroscope(TFE—SEM)wasusedtomeasurethestressdistributionofsemiconduc

7、torepitaxialmaterialsandthemicrostructurefeaturesofstrainedpolycrystallinematerials．Intheheterogeneousepitaxialofsinglecrystalmaterials，imagequality(IQ)andHoughtransformofKikuchipatterns，themeasurementparametersofcrystalrotation，crystallatticemismatchasstresssensitiveparameter

8、stocharacterizethecrystalmismatchstressintheepitaxialsystemof