Способ селективного травления монокристаллов парателлурита Советский патент 1982 года по МПК C30B33/00 C30B29/16 

Изобретение относится к материаловедению, в частности к методам контроля реальной структуры монокристаллов пар ат еллу ри т а.

Парателлурит представляет собой тетрагональную кристаллическую модификацию двуокиси теллура (ТеО). Он относится к классу симметрии Д. Вследствие очень малой скорости поперечных акустических волн (0,7 км/с) в направлении кристаллографической оси парателлурит является в настоящее время одним из лучших материалов для акустооптических дефлекторов лазерного излучения видимого диапазона. Ввиду предстоящего проглышленного освоения производства искусственных монокристаллов парателлурита становятся актуальными методы контроля структурного совершенства этих кристаллов.

Среди различных естественных и искусственных граней кристаллов парателлурита к практически важным относятся грани и 110 , перпендикулярные соответственно направлениям лазерного луча и ультразвукового пучка, на котором происходит диффракция света. Необходимо иметь травители, позволяющие выявлять блоки, малоугловые границы и отдельные дислокации на этих гранях, производить на них подсчет плотности дислокаций.

Известен способ селективного химического травления монокристаллов, предназначенный для выявления выходов дислокаций на гранях кристаллов с целью определения плотности дислока10ций и их распределения в объеме кристалла.

Определение плотности и распределения дислокаций, их изменений в зависимости от условий выращивания

15 кристаллов позволяет, оптимизируя условия выращивания, свести плотность дислокаций и неравномерность их распределения к минимальным значениям, чем достигается высокое совершенство

20 кристаллов EI.

Однако известный способ не может быть использован для селективного травления монокристаллов парателлурита.

25

Известен способ селективного травления монокристаллов парателлурита, согласно которому травление граней монокристалла ведут концентрированной хлорной кислотой при в те30чение 60 мин после полировки 25%-ным

раствором едкого натра при той же температуре в течение 2-3 мин,

Этим способом выявляют дислокации на плоскостях 001 , причем при травлении граней 1105 по этому способу на них возникает волнистый рельеф 2

Недостатком данного способа является то, что получение волнистого рельефа вместо изолированных друг от друга ямок травления не дает возможности выявить выходы дислокаций. На фиг, 1 показана микрофотография поверхности грани llOj после ее травления в хлорной кислоте по данному способу. Увеличение 625, светлое поле, отраженный Ьвет. Причем, данный способ сложен и длителен по времени.

Цель изобретения - выявление выходов дислокаций на кристаллографических плоскостях llOj при упрощении и ускорении процесса.

Поставленная цель достигается тем, что согласно способу селективного травления монокристаллов парателлурита путем травления в концентрированной кислоте, травление осуществляют в концентрированной галоийоводородной кислоте при комнатнойтемпературе в течение 2-5 мин.

Селективное травление граней 110} кристаллов парателлурита ведут следующим образом.

Кристалл, в котором тем или иныг.а способом найдено направление |110j, разрезают перпендикулярно этому направлению. В результате получают искусственную rpaHbJllOj. Полученную грань подвергают химической полировке в кипящем КОН. При этом получают свежую поверхность грани , свободную от механических нарушений в виде поверхностных дислокаций и дислокационных петель. Только такая поверхность правильно характеризует плотность дислокаций и их пространственное распределение в объеме кристалла по направлению lioj.Кристалл после полировки и промывки высушивают на воздухе, после чего погружают пинцетом или в специальный ложечке в травитель (концентрированную галоидоводородную кислоту) и выдерживают в ней 2-5 мин После этого кристалл извлекают, высушивают и изучают протравленную поверхность под микроскопом, наблюдая ямки селективного травления, контролируя их плотность и распределение.

Пример 1. Из ориентированного кристалла парателлурита вырезают образец в виде шайбы так, что плоскости срезов перпендикулярны оси IllOj. Производят химическую полировку этих плоскостей, промывают и высушивают образец. Помещают образец в травитель - в концентрированную хлорную кислоту НСЮд и выдерживают в ней при 50°С 10, 30 и 60 мин. Результаты наблюдают на микроскопе Мп - 2 н/п Карл Цейс при увеличении 100х-500х. При травлении

10 мин развиваются плохо различимые, узкие, сильно вытянутые ямки селективного травления, которые сливаются друг с другом в желоба. При травлении 30 - 60 мин эти желоба смыкаются

0 друг с другом, образуя волнистый рельеф (фиг. 1).

П р м е р 2 . Образец, подготовленный как в примере 1, помещают в тот же травитель и выдерживают в

5 нем 20, 30 и 60 мин при комнатной температуре. Через 30 и 60 мин появляются сильно вытянутые, плохо различимые ямки. При травлении 5 и 20 ч появляются желоба, частично

Q смыкающиеся друг с другом. Подсчет числа дислокаций затруднен либо невозможен.

Пример 3. Образец, подготовленный как выше, помещают в концентрированную плавиковую кислоту HF и выдерживают при комнатной температуре 1 мин. Наблюдаются мелкие (5-8 мкм) контрастные ямки селективного травления.

Пример 4. Тот же образец

0 травят в плавиковой кислоте при комнатной температуре 3 и 5 мин. За 3 мин образуются контрастные, хорошо ограненные, несмыкающиеся ямки размером 10-15 мкм; за 5 гФ1н грани

5 ямок становятся зубчатыми, края их начинают смыкаться, появляется фоновое травление, оптимальное время травления 2-3 мин.

П р м е р 5. Образец, приготовленный как выше, травят при комнатной температуре в концентрированной соляной кислоте НС1 в течение 1,3 и 5 мин. За 1 мин появляются мелкие, плохо ограниченные ямки, не гарантирующие точного подсчета их числа. За 3 мин образуются контрастные, хорошо ограненные несмыкающиеся ямки, за 5 мин ямки разрастаются и в местах наибольшей плотности начинают смыкаться друг с другом, появляется фоновое травление. Опти-. мальное время травления 3 мин.

Пример б. Образец, приготовленный как выше, травят при комнатной температуре в бромистоводородной

5 кислоте НВг 3,5 и 8 мин. За 3 мин травления ямки не появляются; за 5 мин образуются изометричныс хорошо ограненные ямки. За 8 мин ямки несколько увеличиваются, развивается

0 зубчатый фоновый рельеф. Оптимальное время травления 5 мин.

На фиг. 1-5 показана поверхность после травления при комнатной температуре соответственно в хлорной, плавиковой, соляной и бромистоводородной кислотах: на фиг. 1 НС 104., , 60 мин, светлое поле, увеличение на фиг. 2 - НСКХ , 50°С, 90 юш, светлое поле, увеличение на фиг. 3 - НР; , 3 мин, темное поле, увеличение 625 ; на фиг. 4 - НСР, 22°С, 3 г.ган, светлое поле,увеличение на фиг. 5 - НВг, , 5 мин, светлое поле, увеличение 400.

На фиг. 6-7 показаны вертикальные сечения ямок травления в плавиковой, соляной и бромистоводородной кислотах,полученные из статистических о&работанных результатов измерений углов наклона их граней, а точнее на фиг. б - вертикальное сечение ямки травления на срезе lioj в плавиковой кислоте, X - вдоль ямки, у - поперек ямки; на фиг. 7 - вертикальное сечение ямки травления на срезе lio в соляной и бромистоводородной кислотах, X - вдоль ямки, у - поперек ямки.

При использовании предлагаемого способа создается возможность контролировать выходы дислокаций на всех четырех гранях кристаллов парателлурита, за счет чего возникает возможность с высокой точностью определять плотность дислокаций и ее распределение во всем объеме кристалла; тем самым создается возможность эффективного технологического контроля качества кристаллов при производстве акустооптических элементов из монокристаллов парателлурита.

По сравнению с другими способами контроля качества кристаллов, например рентгеновским просвечиванием и рентгеновской топографией, применение предлагаемого способа является гораздо более простым, производительньом и экономичным, не требующим применения сложного и дорогостоящего оборудования при точности, не уступающей точности этих способов.

Кроме этого, проведение химического травления при комнатной температуре в 10-100 раз сокращает время процесса по сравнению с прототипом и полностью устраняет возможность появления при этой технологической операции термоупругих напряжений в

кристаллах(ведущих, к ухудшению качества кристаллов и их растрескиванию).

Формула изобретения

Способ селективного травления монокристаллов парателлурита путем

20 травления в концентрированной кис. отличающийся тем, что, с целью выявления выходов дислокаииг на кристаллографических плоскостях j НО при упрощении и ускорении про25цесса, травление осуществляют, в концентрированной галоидоводородной кислоте при комнатной температуре в течени.е 2-5 мин.

Источники информации,

30 принятые во внимание при экспертизе

1.Травление полупроводников. Пер. с англ. Горина С.Н, М., Мир, 1965, с. 182-184.

2.Grobmaien I. at all.Suppres35sion of Constitutional Supercooling. J. of Crystal Growth, 1973, v.20,

p. 82-88 (прототип).

:3Zf

XO

-i