6. Observing Dislocations and Other Defects

6.1 Dekoration und Mikroskopie

6.1.1 Ätzverfahren

Basics of Preferential Etching

Dieses Kapitel ist im englischen Skript ausführlicher!
Startpunkt: Markierung der Versetzung (oder eines anderen Defekts) durch Anätzen mit einer speziellen Ätzlösung; Beobachtung im (Licht)mikroskop
Voraussetzung:Es existiert eine Ätze, die das durch Defekte veränderte Kristallgitter schneller (oder langsamer) auflöst als perfekte Gebiete.

 
Modellkristall mit verschiedenen Defekttypen
Nach (kurzer) Ätzung mit einer preferentiellen Ätze

Nach der Ätzung beobachtet man (scharfe) Ätzgrübchen am Durchstoßpunkt von Versetzungen (inkl. Partialversetzungen), mehr oder weniger scharfe flache Grübchen bei Ausscheidungen (je nach dem wie weit die Oberfläche vom ursprünglichen Ort der Ausscheidung weg ist), und evtl. nur mikrorauhe Oberflächen in Gegenden mit hoher Dichte an kleinsten Defekten. 2-dimensionale Defekte (Stapelfehler und Korngrenzen) können zu Ätzgräben führen.
Abbildungen mit Beispielen:
Swirls in Silizium (alte Abbildung): Übersicht
Swirls in Silizium: hohe Vergrößerung
Mit einer modifizierten Ätze gelang es, statt Ätzgrübchen Ätzhügel zu erzeugen und damit die Defekte zu dekorieren und zu erhalten. Nur dadurch wurden weitergehende Untersuchungen möglich:
Geätzte Silizium-Scheibe mit mehreren Defekttypen in folgenden Abbildungen Secco - Ätzung (Details befinden sich in diesem Link)
Stapelfehler in integrierten Schaltungen: Defektätzung an Transistoren während verschiedener Phasen der Herstellung
Die Defektätzung hat charakteristische Vor- und Nachteile:
Vorteile Nachteile
  • Einfach und billig
  • Extrem empfindlich
  • Große Flächen darstellbar
  • Ohne Spezialkenntnisse machbar
  • Schwarze Kunst
  • Man weiß nicht was man sieht;
  • Nachweisgrenze unklar
  • kleine und Einzeldefekte nicht nachweisbar
  • Sehr anfällig auf Artefakte
  • Keine systematische Entwicklung der Ätzen
  • Wirkungsweise ziemlich unklar

Anodische Ätzung von Silizium

Wirkungsweise:
Die (p-)Silizium-Probe wird mit einem Elektrolyten als " Schottky-Kontakt" in Vorwärtsrichtung betrieben.
Der Vorwärtsstrom führt zur Auflösung des Siliziums.
Hypothese:
Am Defekt fließt eine höherer Anteil des Generationsstroms, der bei kleinen Spannungen den Diffusionstrom übersteigt
Konsequenz: Höhere Stromdichte und damit höherer Ätzabtrag am Defekt.
 

 

 

Sollten sich im Elektrolyt die I - U Kennlinien so verhalten wie für den "idealen" p-n-Übergang (linkes Bild), könnte die anodische Ätzung leicht verstanden werden: Bei kleinen Spannungen fließt in der Umgebung von ("elektrich aktiven") Defekten durch den höheren Generationsstromanteil viel mehr Strom als in ungestörten Kristallgebieten. Dadurch wird auch mehr Silizium aufgelöst; es entsteht eine Ätzgrube. Da die I - U - Kennline vonn Si in Elektrolyten aber noch völlig unverstanden ist, muß diese Erklärung als zur zur Zeit noch hypothetisch betrachtet werden.
Abbildungen mit Beispielen zur anodischen Ätzung:
Qualität der Ätzung
Vergleiche mit anderen Verfahren: 1.Beispiel
Wirkungsweise von "EBIC"
Vergleiche mit anderen Verfahren: 2.Beispiel
Vergleiche mit anderen Verfahren: 3.Beispiel
Vergleiche mit anderen Verfahren: 4.Beispiel
Die Elektrochemie des Siliziums (und damit auch die anodische Ätzung) ist Gegenstand der laufenden Forschung im Lehrstuhl für Allgemeine Materialwissenschaft
     

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