Mechanical Spectroscopy and Internal Friction in SiO2/Si

Abstract

Розроблена методика, сконструйована та виготовлена установка для збудження та реєстрації затухаючих згинних резонансних коливань в SiO2/Si дископодібних підкладках товщиною h = 300÷500∙103 нм та діаметром D = 60 ÷ 100∙106 нм з метою вимірювання структурно-чутливого внутрішнього тертя (ВТ) Q – 1. Розроблена методика неруйнуючого контролю інтегральної густини структурних дефектів nд та глибини порушеного шару hпш у дископодібних напівпровідникових підкладках. Вимірювання фону ВТ Q – 1 0 на гармонійних частотах f0, f2 дозволило експериментально визначити вузлові лінії дисків, що коливаються. Це дозволило вносити поправки до теоретичних розрахунків знаходження цих вузлових ліній з урахуванням лінійних розмірів дисків та способу їх кріплення. Досліджено температурний спектр ВТ Q – 1(Т) в SiO2/Si дископодібних підкладках після їх рентгенівського та електронного опромінення. В процесі вимірювань було встановлено, що відпал структурних дефектів Si змінює форму температурного спектру ВТ Q – 1(Т). Піки ВТ Q – 1М, що утворюються точковими дефектами, можна було спостерігати при умові, коли підкладка Si нагрівалася зі швидкістю V = ΔT/Δt ≤ 0.1 K/с. Це дозволило визначити енергію активації H переорієнтації анізотропних комплексів радіаційних дефектів. Встановлення стабільності параметрів фону ВТ Q – 1 0 дає можливість визначити радіаційну стійкість напівпровідникових підкладок та виробів на їх основі. Запропонована методика може використовуватись як неруйнуючий метод контролю дефектності кристалічної структури напівпровідникових підкладок, що застосовуються для потреб мікроелектроніки.

The method was developed, the installation was designed and manufactured for excitation and registration of damped bending resonant oscillations in SiO2/Si disc-shaped wafer-plates with thickness hS = 300 ÷ 500∙103 nm and diameter D = 60 ÷ 100∙10 – 3 m with the aim to measure structurally sensitive internal friction (IF) Q – 1. The technique for non-destructive testing of the integral density of structural defects nd and the depth of the broken layer hbl in disk-shaped semiconductor substrates was developed. The measurement of IF background Q – 1 0 at harmonic frequencies f0, f2 allowed to experimentally determine the nodal lines of oscillating disks. This allowed to make corrections to theoretical calculations of finding these nodal lines, taking into account the linear dimensions of the disks and the method of their attachment. Temperature IF spectrum Q – 1(Т) in SiO2/Si disk-like wafer-plates after their X-ray and electron irradiation was studied. It was found that annealing of Si structural defects changes the shape of the temperature IF spectrum Q – 1(Т) in the measurements process. IF peaks Q – 1M, which is formed by point defects, could be observed under the condition that a SiO2/Si wafer-plate was heated with velocity V = ΔT/Δt ≤ 0.1 K/с. This made it possible to determine the activation energy H of the reorientation of radiation defects anisotropic complexes. The establishment of the stability of IF background parameters Q – 1 0 made it possible to determine the radiation resistance of semiconductor wafer-plates and devices based on them. The proposed methodology can be used as a non-destructive method to control the crystal structure defects of semiconductor wafer-plates used for microelectronics.