Справочник технолога-оптика - Окатов М.А.
ISBN 5-7325-0236-Х
Скачать (прямая ссылка):
6. Металлографический метод основан на чередовании споли-ровывания, травления и наблюдения поверхности с помощью световых и электронных микроскопов [5.30]. Сочетание послойного сполировывания и травления имеет неоспоримое преимущество: травитель не растравливает дефекты поверхности, а только вскрывает их. Сполировывание слоев может осуществляться послойно, параллельными сечениями или на клин. В последнем случае вскрываются одновременно все зоны нарушенного слоя. Такую же развертку нарушенного слоя можно получить выполировыванием цилиндрической канавки, выполировыванием на плоской поверхности лунки, сполировыванием краев шлифованной лунки.
7. Электронографический метод основан на отражении электронного пучка от поверхности. Метод отражения является качественным и позволяет судить о строении поверхностного слоя на небольшой глубине, определяемой глубиной проникновения электронов в исследуемый материал. При строгой параллельности систем кристаллографических плоскостей, т. е. при совершенной структуре слоя, образуются электронограммы с кикучи-линиями. Наличие диффузных полуколец, рефлексов свидетельствует о наличии на поверхности монокристаллов вещества со структурой, отличной от монокристаллической [5.31, 5.32].
Некоторые методы исследования поверхностного слоя основаны на специфических свойствах полупроводниковых кристаллов: на изменениях скорости поверхностной рекомбинации, времени жизни и длины пробега неосновных носителей тока [5.33], фото-
296
проводимости, тока анодного растворения [5.34], плотности дислокации и т. д.
Нарушенный шлифованием слой на поверхности кристаллов имеет более сложное строение, чем на поверхности стекла, и состоит из трех зон (рис. 5.2), между которыми нет резкой границы: а — рельефной, состоящей из бесконечного числа выступов и впадин, максимальные расстояния между которыми определяют глубину зоны; зона имеет поликристаллическое строение; Ъ — трещиноватой, нарушенной одиночными, невыкрошившимися выколка-ми и идущими в глубь трещинами; область наиболее протяженная, имеющая поликристаллическое (у верхней границы зоны) и мозаичное строение, повышенную плотность дислокаций; с — упругонапряженной, представляющей собой монокристалл без видимых разрушений, но имеющей остаточные внутренние напряжения и, как следствие, состоящей из субмикроскопических блоков, повернутых относительно друг друга на небольшой угол (1-2°); кристаллографическая структура зоны переходная — от мозаичной к монокристаллической. Поэтому в отличие от «разрушенного h-слоя на стекле», состоящего из рельефной и трещиноватой зон, поврежденный слой на кристаллах называют «нарушенным .F-слоем».
К трещиноватой и упругонапряженной зонам чувствительны не все рассмотренные методы (табл. 5.13). Этим объясняется широкий разброс значений глубины нарушенного слоя, измеренной различными методами.
Наибольшую информацию о топографии и кристаллографической структуре поверхностных слоев дает комплекс методов послойного сполировывания с последующим травлением с применением светового и электронного микроскопов и электронографа.
В табл. 5.14 приведены значения глубины F нарушенного слоя для некоторых монокристаллов, выраженные отношением F/D, где D — максимальный диаметр зерна основной фракции использованного абразива марки 25А, мкм.
При полировании оптических деталей обычно сполировывается верхняя, рельефная, зона нарушенного слоя. При повышенных тре-
297
Таблица 5.13.
ЧУВСТВИТЕЛЬНОСТЬ МЕТОДОВ К ЗОНАМ НАРУШЕННОГО СЛОЯ
Метод определения нарушенного слоя Чувствительность метода к зонам нарушенного слоя
рельефной трещиноватой упруго-напряженной
Изменение скорости травления + - -
По экзоэлектронной эмиссии + + +
Рентгеновские (по АПРЛ и изменению + + +
полуширины кривой качания)
По эффекту Тваймана + + -
По изменению микротвердости + - -
Металлографический (сполировыва- + + -
ние + травление + электронный микроскоп)
Электронографический + + +
По изменению скорости поверхност- + - -
ной рекомбинации, времени жизни и дли-
ны пробега неосновных носителей тока, фо- + - -
топроводимости
Электрохимический (анодное раство- + + +
рение)
Таблица 5.14. ГЛУБИНА НАРУШЕННОГО СЛОЯ МОНОКРИСТАЛЛОВ, F = k
Кристаллографическая плоскость к = F/D
Ge Si GaAs JnSb JnAs
ап) 2;2 1;7 2; 4 5 2;88 2;63
(110) 2;6 — 2;50 2;92 2;67
(100) 4;4 3;0 2;58 2;97 2;77
Таблица 5.15. ГЛУБИНА НАРУШЕННОГО F-СЛОЯ, ВОЗНИКШЕГО
В РЕЗУЛЬТАТЕ ПОЛИРОВАНИЯ
Полировальный порошок Ge Si GaAs JnSb JnAs
ACM 3/2 3,0 2,5
ACM 1/0 2,0 1,5 2,4 2,8 2,8
СГ2Од 1,0 0,8 1,6 2,2 2,0
бованиях к эксплуатационным характеристикам оптических деталей обработка ведется по методу глубокого шлифования и полирования (ГШП). Метод заключается в обязательном удалении на каждом переходе нарушенного слоя, оставленного предыдущим абразивом, и сполировывания слоя, равного по толщине нарушенному слою, оставленному последним абразивом. В этом случае на поверхности кристаллов остается нарушенный слой, возникший в процессе полирования.
Нарушенный слой после полирования также неоднороден и имеет сложное строение. Верхняя часть — рельефная, имеющая аморф-
