Materialforschung mit Positronen: Von der Doppler-Spektroskopie zur

Zur Optimierung des Schleifvorgangs
bei der Waferherstellung
wurde eine Reihe von Ein-Korn-
Ritzversuchen unter Variation des
Ritzwinkels, der Geschwindigkeit
und der Eindringtiefe durchgeführt.
Als Probenmaterial wurden parallel
zur (100)-Ebene orientierte Wafer
aus undotiertem, semi-isolierendem
GaAs verwendet. Mit der
Breitseite eines dachförmig geschliffenen
Diamanten von 50 µm
Breite wurden unter flachem Auftreffwinkel
Kratzer von ca. 1 mm
Länge und 5-15 µm Tiefe auf dem
Wafer erzeugt [416].
Abbildung 4.36 zeigt eine Differenzkontrastaufnahme
des Anfangs
eines solchen Kratzers, der mit einer
Schnittgeschwindigkeit von
60 m/s in [011] Richtung ausgeführt
wurde. Auf der Eintritt- und
Austritts-Seite (hier nicht dargestellt)
sind deutlich Schleifspuren
auf der Oberfläche zu erkennen.
Bei aus reichender Eindringtiefe durchbricht das Korn die Oberfläche, wobei Material spröde
aus dem Kratzer abgehoben wird [416]. Je nach Ausbildung von Mikrorissen auf der Oberfläche
unterscheiden die Autoren dabei drei Verformungszonen: Zone 1: vollständig duktil –
kein Auftreten von Mikrorissen. Zone 2: überwiegend duktil – Mikrorisse nur in den tieferen
Bereichen des Kratzers. Zone 3: Spröder Ausbruch von Material aus der Oberfläche, die eindringtiefe
beträgt ca. 8 µm.
Im semi-isolierenden GaAs liegt das Fermi-Niveau in der Mitte der Bandlücke. Leerstellenartige
Defekte auf dem Ga-Untergitter sollten also für Positronen sichtbar sein, ebenso wie neutrale
oder negativ geladene Mehrfachleerstellen oder Leerstellen-Cluster [417].
Eine Positronenmessung mit der BPM über einen solchen Kratzer ist in Abbildung 4.37 dargestellt.
Es handelt sich um den selben Kratzer wie in Abbildung 4.36. (a): S-Parameter relativ
zum chemisch polierten Wafer desselben Materials über die Fläche des Kratzers (E =
30 keV, Stahldurchmesser: 20 µm, Raster 40 µm × 40 µm). (b): Raster-Elektronenabbildung
(REM) des Meßbereichs. (c): S-Parameter in der Mitte des Kratzers. In Zone 1 steigt der
S-Parameter stetig an und erreicht in Zone 2 sein Maximum bei S/S bulk = 1.030. Im Bereich
spröden Materialabtrags (Zone 3) wird ein niedrigerer S-Parameter von S/S bulk = 1.017 gemessen
[20, 418]. In Zone 2 liegt der S-Parameter signifikant über dem Wert der typischerweise
für hohe Versetzungskonzentrationen in GaAs gefunden wird [419]. In Zone 3 wird hingegen
eine vergleichsweise geringere plastische Verformung gefunden.
Im Vergleich der Daten aus den Schleifspuren (Zone 1 u. 2) mehrerer Kratzer mit Sidotiertem
unverformtem GaAs im S/W-Plot liegen die Punkte auf zwei unterschiedlichen Geraden
(siehe Abbildung 4.38). Bei dem hier als Referenz verwendeten GaAs:Si liegt die Do-
112
S-Parameter
0.535
0.530
0.525
0.520
0.515
0.062 0.064 0.066 0.068 0.070 0.072
W-Parameter
Kratzer
Referenz: GaAs:Si
Abbildung 4.38: SW-Plot der Positronendaten aus der
Kratzerregion () und als Referenz GaAs:Si (), das vollständigen
Einfang in Ga-Leerstellen zeigt. Beide Datenreihen
liegen jeweils auf einer unterschiedlichen Geraden,
woraus folgt, daß im Kratzer nicht nur die Einfachleerstelle
V Ga vorliegt [420].