(高清版)GBT 41751-2022 氮化鎵單晶襯底片晶面曲率半徑測試方法

氮化鎵單晶襯底片晶面曲率半徑測試方法Testmethodforradiusofcurvatureofcrystalplan2022-10-12發(fā)布國家標準化管理委員會I本文件按照GB/T1.1—2020《標準化工作導則第1部分：標準化文件的結構和起草規(guī)則》的規(guī)定起草。請注意本文件的某些內容可能涉及專利。本文件的發(fā)布機構不承擔識別專利的責任。本文件由全國半導體設備和材料標準化技術委員會(SAC/TC203)與全國半導體設備和材料標準化技術委員會材料分技術委員會(SAC/TC203/SC2)共同提出并歸口。本文件起草單位：中國科學院蘇州納米技術與納米仿生研究所、蘇州納維科技有限公司、中國電子科技集團公司第四十六研究所、哈爾濱奧瑞德光電技術有限公司、廈門柯譽爾科技有限公司、山西華晶恒基新材料有限公司、福建兆元光電有限公司。本文件主要起草人：邱永鑫、徐科、王建峰、任國強、李騰坤、左洪波、鄭樹楠、劉立娜、楊鑫宏、1氮化鎵單晶襯底片晶面曲率半徑測試方法1范圍本文件規(guī)定了利用高分辨X射線衍射儀測試氮化鎵單晶襯底片晶面曲率半徑的方法。本文件適用于化學氣相沉積及其他方法制備的氮化鎵單晶襯底片晶面曲率半徑的測試，氮化鎵外延片晶面曲率半徑的測試可參照本文件進行。2規(guī)范性引用文件下列文件中的內容通過文中的規(guī)范性引用而構成本文件必不可少的條款。其中，注日期的引用文件，僅該日期對應的版本適用于本文件；不注日期的引用文件，其最新版本(包括所有的修改單)適用于本文件。GB/T14264半導體材料術語3術語和定義GB/T14264界定的以及下列術語和定義適用于本文件。X射線入射束、衍射束構成的平面。晶面曲率半徑curvatureradiusofcrystalplaneR襯底片名義晶面與通過襯底片中心點垂面的交線可近似的看作一段圓弧，該圓弧對應的半徑。注1:在本文件中，晶面曲率半徑帶有符號，正號表示樣品名義晶面相對于測試表面為凸起狀，負號表示樣品名義晶面相對于測試表面為凹狀。注2:晶面曲率是晶面曲率半徑的倒數(shù)。入射角incidentangleX射線衍射儀入射X射線與樣品臺表面的夾角。固定衍射儀探測器位置，連續(xù)改變w角并記錄衍射強度得到的測量曲線。4方法原理4.1單晶的原子以三維周期性結構排列，其晶體可以看作是由垂直距離為d的一系列平行原子平面所構成。當一束平行的單色X射線射入該平面上，若入射光與原子平面間的夾角θ、X射線波長λ、晶面2GB/T41751—2022間距d及衍射級數(shù)n同時滿足布拉格定理2dsinθ=nd時，X射線衍射束強度將達到最大值，此時的θ被稱為布拉格角，記作θg,如圖1所示。氮化鎵單晶部分晶面布拉格角見附錄A。圖1X射線衍射原理圖4.2當X射線入射束照射到樣品的P?點時，進行搖擺曲線測試，若入射角為w?時發(fā)生衍射，將樣品沿衍射平面移動距離L后，X射線入射束照射到樣品的P?點，再次進行搖擺曲線測試，在入射角為w?時發(fā)生衍射。如樣品表面晶面平直，則w?=w?;如樣品表面晶面存在彎曲，則w?≠w?,如圖2所示。圖2晶面曲率半徑測試原理圖若樣品晶面彎曲為圓弧形，則晶面曲率半徑R按公式(1)計算： (1)式中：R——晶面曲率半徑，單位為米(m);L——樣品移動距離，單位為米(m);△w——人射角差值，單位為弧度(rad);w?——樣品P2點的入射角，單位為弧度(rad);o?——樣品P?點的入射角，單位為弧度(rad)。注：因晶面曲率半徑影響產(chǎn)生的△o較小，故在公式(1)中取sin△o=△w,便于計算。5干擾因素5.1如果樣品彎曲較嚴重，X射線入射束尺寸過大會引起搖擺曲線半高寬的異常加寬，此時應在樣品3前放置較小的入射狹縫，減小X射線在樣品上的照射面積以準確確定衍射峰峰位。5.2搖擺曲線測試時若步長過大，會使峰位確定誤差較大，進而影響測試結果。5.3在采取真空吸附等不同方式加載樣品時，避免樣品加載方式對樣品彎曲狀態(tài)產(chǎn)生影響。5.4若樣品尺寸較小，無法按8.3規(guī)定進行測試點選取時，可另行約定測試點及測試點間距，但可能會對測試結果產(chǎn)生影響。6試驗條件除另有規(guī)定外，應在下列環(huán)境中進行測試：a)溫度：18℃~28℃;b)相對濕度：20%～80%。7儀器設備X射線衍射儀由光源、單色器、狹縫系統(tǒng)、樣品a)X射線衍射儀宜使用Cu靶，光源發(fā)出的X射線束經(jīng)狹縫系統(tǒng)和單色器應成為一束單色的平行射線；b)樣品臺應有足夠的自由度，使X射線入射束、衍射束、樣品衍射晶面法線在同一平面內；c)樣品臺應能使樣品圍繞其表面法線旋轉，并能沿平行于衍射平面(x軸)和垂直于衍射平面(y軸)的方向進行精確移動，常用X射線衍射儀樣品臺旋轉軸如圖3所示。圖3X射線衍射儀樣品臺旋轉軸示意圖8試驗步驟8.1儀器校準按照儀器說明書中的要求和方法定期進行儀器校準，確保儀器狀態(tài)正常。8.2待測晶面的選取氮化鎵單晶襯底片按表1選取待測晶面測試搖擺曲線計算晶面曲率半徑。4GB/T41751—2022表1待測晶面的選取氮化鎵單晶襯底片類型待測晶面c面a面8.3測試點的選取沿著平行于樣品主參考面(記為x方向)和垂直于樣品主參考面(記為y方向)的兩個方向分別進行測試，每個方向的測試點應位于同一條直線上，并包含樣品中心點。對于不同直徑的樣品按下列方式選取測試點：a)直徑50.8mm的樣品，每個方向9個測試點，各點間距5mm;b)其他直徑的樣品，每個方向的各測試點間距5mm,最外側測試點距離樣品邊緣為5mm~8.4搖擺曲線測試8.4.1將樣品放置于樣品臺上，使樣品的主參考面平行于衍射平面，即平行于樣品臺x軸，如圖3所示。8.4.2將探測器放置到待測晶面20g處，入射角w=θg。8.4.3選取搖擺曲線測試的步長，應使搖擺曲線在半高寬范圍內的取樣點不少于10個。8.4.4樣品沿x軸移動，依次測試x方向所有測試點的搖擺曲線，并記錄峰位值w(i=1,2,…,n,樣品上離光源最近的測試點i=1)。8.4.5樣品逆時針旋轉90°,此時樣品的主參考面垂直于衍射平面，即樣品臺y軸平行于衍射平面。8.4.6樣品沿y軸移動，依次測試y方向所有測試點的搖擺曲線，并記錄峰位值w(i=1,2,…,n,樣品上離光源最近的測試點i=1)。9試驗數(shù)據(jù)處理9.1相鄰兩點間晶面曲率半徑9.1.1在平行于樣品主參考面方向(x方向),相鄰兩點間晶面曲率半徑按公式(2)計算：式中：R—x方向相鄰兩點間的晶面曲率半徑，單位為米(m);0.005——測試點間距，單位為米(m);w+1——x方向第i+1個測試點的入射角，單位為弧度(rad);w——x方向第i個測試點的入射角，單位為弧度(rad)。9.1.2在垂直于樣品主參考面方向(y方向),相鄰兩點間晶面曲率半徑按公式(3)計算：5GB/T41751—2022式中：Ry——y方向相鄰兩點間的晶面曲率半徑，單位為米(m);0.005——測試點間距，單位為米(m);wy+1——y方向第i+1個測試點的入射角，單位為弧度(rad);oy——y方向第i個測試點的入射角，單位為弧度(rad)。9.2最小晶面曲率半徑在多點測量時，選取絕對值最小的相鄰兩點間晶面曲率半徑記為該樣品的最小晶面曲率半徑。9.3平均晶面曲率半徑9.3.1在平行于樣品主參考面方向(x方向)上的平均晶面曲率半徑按公式(4)計算：式中：R—x方向上的平均晶面曲率半徑，單位為米(m);o——x方向第n個測試點的入射角，單位為弧度(rad);ox?——x方向第1個測試點的入射角，單位為弧度(rad)。9.3.2在垂直于樣品主參考面方向(y方向)上的平均晶面曲率半徑按公式(5)計算：R——y方向上的平均晶面曲率半徑，單位為米(m);0.005——測試點間距，單位為米(m);om——y方向第n個測試點的入射角，單位為弧度(rad);oy?—y方向第1個測試點的入射角，單位為弧度(rad)。10精密度取1片直徑50.8mm氮化鎵單晶襯底片樣品在5個實驗室按照本文件規(guī)定的方法進行測試。該方法在單個實驗室和多個實驗室測試的相對標準偏差均不大于10%。11試驗報告試驗報告應至少包括以下內容：b)所使用的X射線衍射儀的品牌、型號及光路配置(包括靶材、狹縫系統(tǒng)、單色器等);c)樣品的被測晶面；d)測試結果，包括x方向及y方向的平均晶面曲率半徑及最小晶面曲率半徑；