[发明专利]在低温下为半导体样品施加连续可调单轴应力的方法

说明书

技术领域

本发明涉及半导体晶片测量技术领域。特别是在低温下为半导体样品施加连续可调单轴应力的装置和方法。

背景技术

半导体的内部应力对相应的器件和结构的性质有着重要影响。大量的生长和加工工艺都集中在如何消除或者控制衬底内部的应力。应力可以对半导体材料的光学，电学，磁学，以及一系列其他性质造成巨大的影响。在半导体检测技术领域，只有能够为样品施加定量的可测量的单轴应力，才能对半导体材料的相关性质做精确的测定。而近年来随着超导和一系列高新技术的兴起，在低温下为半导体精确施加应力并且调控成为了一关键的技术环节。

目前人们对半导体材料施加应力的方法都有很多局限性。例如：

通过螺栓挤压的方法，这一方法虽然加上的应力比较大，其缺点是机械装置体积过大，样品容易碎裂，而且很难与实现低温的高真空装置完美结合，对真空的质量会产生影响因而严重影响降温的效果。另外，这种方法要么只能产生压应力，要么只能产生张应力，很难做到在一套装置里面同时产生张应力和压应力。在产生张应力的同时也会产生其他不需要的方向的附加应力从而影对测量形成不可忽略的影响。这种方法也要求晶片尺寸要足够大，一般要到厘米的数量级，对于小尺寸的样品无能为力。

双样品粘接法，将两个热膨胀系数不一样的样品粘合，降温以后由于两者收缩的尺寸不一样，因而产生应力。这种方法虽然对机械装置的体积的要求很小，但是它的局限性很明显：应力的大小与温度的大小呈现依赖关系，也同材料本身的热膨胀系数呈依赖关系，可控的自由度非常小。而且测量完毕后样品也无法回收。

因此，目前迫切需要一种方法，做到机械装置体积足够小，能够完美地和低温装置结合，并且能够做到对所施加的单轴应力做到精确的定量连续调控，能够在一套装置上同时实现压应力和张应力，能够测量小尺寸样品，并且能够同时和控温系统完美结合的装置。

发明内容

本发明的目的在于克服现有的应力施加技术中体积大，装置复杂，可控自由度小，和低温装置结合困难的特点，提供一种利用压电陶瓷致动器和相关的部件来达到此目的方法。

具体步骤包括：

1)选取一压电陶瓷致动器，所述压电陶瓷致动器能够通过对改变压电陶瓷的偏压调节所施加的应力；

2)将两个“U”形紫铜帽固定在所述压电陶瓷致动器两端，用于固定样品和导热，将一个紫铜帽用螺丝固定在小型杜瓦瓶的传热金属探头上，将另一个紫铜帽通过紫铜导热丝与低温装置的传热探头相连；

3)使用一紫铜导热丝连接在一所述紫铜帽上，用于实现均匀迅速导热；

4)使用强力胶将半导体样品两端粘结在两个“U”形铜块上；

5)改变压电陶瓷致动器上压电陶瓷的偏压，对所述半导体样品施加连续可调单轴应力。

进一步，采用丙酮浸泡所述半导体样品与紫铜帽的粘结部位，直到胶溶解后可以完整地取下样品。

进一步，所述紫铜帽的尺寸能够使压电陶瓷准确的放进紫铜帽的凹槽。

进一步，所述紫铜帽的凹槽的深度能够使半导体样品的长度比两个紫铜帽之间的缝隙大至少2毫米。

进一步，所述强力胶是在低温下能够保证粘结强度的胶。

进一步，所述浸泡时间在30分钟至1小时之间。

此发明的有益效果：

1)体积小，无需复杂机械装置，可以和真空低温装置完美结合；

2)所施加的应力可以实现线性，连续，双向可调，并且可计算应变；

3)导热性良好，可以使样品迅速准确降温；

4)使用过程中样品不易损坏，使用完毕后可以无损回收样品。

附图说明

图1为采用本发明方法的装置的侧面示意图；

图2为采用本发明方法的装置的正面示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明进一步详细说明。