[发明专利]Si（111）材料应力沿表面法线分布的信息的测量方法

摘要

本发明公开了一种Si(111)材料中应力沿表面法线分布信息的测量方法，主要解决现有技术不能用x射线衍射仪获取应力沿表面法线分布信息的问题。其技术步骤是：将Si(111)材料水平放置于x射线衍射仪载物台；依次对该Si(111)材料中的(111)和(220)晶面进行对光；以不小于50nm的步长减小x射线透射深度，并在各透射深度下获取(220)晶面的布拉格角；将测得的一组布拉格角代入布拉格方程，得到一组(220)晶面的面间距；根据一组面间距计算Si(111)材料应力沿表面法线分布的信息。本发明测试成本低，对被测材料无损伤，能获取一组应力沿表面法线的分布信息。

主权项

一种Si(111)材料应力沿表面法线分布信息的测量方法，采用x射线衍射仪进行测试，该衍射仪设有载物台，该载物台设有三个转动轴，分别为ω轴、χ轴和φ轴，其中，ω轴平行于载物台，且垂直于x射线入射光束与x射线探测器组成的平面，χ轴平行于载物台，且与ω轴垂直，φ轴垂直于载物台；探测器可绕与ω轴重合的2θ轴旋转，其特征在于，测试步骤包括如下：(1)将Si(111)材料水平放置于x射线衍射仪的载物台，依次对Si(111)材料中的(111)晶面和(220)晶面进行对光；(2)同时旋转载物台的ω轴、χ轴和φ轴，使该Si(111)材料以(220)晶面法线为轴单方向旋转，并以不小于50nm的步长逐渐减小x射线透射深度，每改变一次透射深度就对(220)晶面进行一次三轴晶2θ‑ω扫描，获取与该透射深度所对应的(220)晶面的布拉格角θ。在所有x射线透射深度下都进行扫描后，最后得到一组(220)晶面的布拉格角θ_i，i＝1,2,…,N，N表示x射线不同透射深度的个数；(3)将测得的一组布拉格角θ_i代入以下布拉格方程，得到一组(220)晶面的面间距d_i：$d_i=\frac{\mathrm{n\λ}}{2\sin {\mathrm{\θ}}_i},i=\mathrm{1,2},...,N$其中，λ为x射线的波长，n为衍射级数；(4)将计算得到的一组面间距d_i代入以下方程组，得到Si(111)材料沿表面法线分布的(111)面内应力分量ε_i^//和[111]轴方向应力分量ε_i^⊥：${{\mathrm{\ϵ}}_i}^{//}=\frac{\frac{d_i-d_r}{d_r}(h^2+k^2+l^2)}{(h^2+k^2)-\frac{{2v}_{\mathrm{Si}}}{1-v_{\mathrm{Si}}}{l}^2},i=\mathrm{1,2},...,N$${{\mathrm{\ϵ}}_i}^{\⊥}=-\frac{{2v}_{\mathrm{Si}}}{1-v_{\mathrm{Si}}}{{\mathrm{\ϵ}}_i}^{//}$其中，d_r为所参考的(220)晶面的面间距，h、k、l为(220)晶面的米勒指数，ν_Si为Si(111)材料的泊松比，取值为0.278。