[发明专利]一种II-VI族软脆晶体超精密加工样品的定点原子成像方法

说明书

技术领域

本发明属于II-VI族软脆晶体超精密加工及透射电镜样品定点原子成像技术领域，特别涉及II-VI族软脆晶体的超精密加工样品的定点原子成像方法。

背景技术

随着科技的快速发展，第三代II-VI族软脆半导体晶体在光电子、微电子、航空航天、军事国防等领域得到了广泛的应用，并且增长势头非常强劲。II-VI族软脆晶体在具有卓越的光电性能的同时，也具有奇特的力学性能，如软脆特性，这就给II-VI族软脆晶体的加工、运输、包装、以及科学研究等领域带来了极大的挑战。虽然II-VI族软脆晶体为难加工材料，然而以这些软脆晶体为基础的高性能器件一般要求其表面无任何划痕、嵌入、微变形、破碎等加工缺陷，而且要求其表面粗糙度达到亚纳米级。要想获得超光滑无损伤的纳米级精度的加工表面，需要对II-VI族软脆晶体的纳米尺度变形机理、纳米尺度去除机理以及超光滑表面形成原理三个基本科学问题进行研究，而要揭示II-VI族软脆晶体纳米制造的三个基本问题，就要采用透射电镜定点原子成像方法。II-VI软脆晶体的独特力学性能，使得传统的透射电镜(TEM)成像方法很难适用。如以II-VI族的典型代表碲镉汞(HgCdTe或MCT)为例，其纳米硬度为0.5GPa，是第一代半导体Si(12-14GPa)纳米硬度的1/24，以及第二代半导体GaAs(6GPa)的1/12。另一方面，MCT的断裂韧性为0.158MPa·m^1/2，是第一代半导体Si(1MPa·m^1/2)的1/6，第二代半导体GaAs(0.44MPa·m^1/2)的约1/3。同时MCT的熔点为150℃左右，而沸点在250℃左右，远低于第一代半导体Si的熔点1410℃，以及第三代半导体GaAs的熔点1238℃。这种独特的软脆特性使得传统的TEM制备方法、离子减薄方法以及原子成像方法很难适用于II-VI族软脆晶体。如传统的TEM样品制备方法极易使得II-VI族软脆晶体破碎，成功率低下；传统的离子减薄方法极易对II-VI族样品造成热损伤，并使得减薄样品出现赝像，而且非常容易破碎TEM样品，尤其是对于纳米压痕和纳米划痕等定点减薄样品。在原子成像阶段，由于样品本身具有的软特性，使得电子束的轰击对于II-VI族软脆样品的影响极大，样品容易漂移，很难成像。因此，II-VI族软脆晶体对于传统的TEM成像方法提出了严峻的挑战，同时对于其nm制造方法基本原理的揭示及新方法的开拓也带来了极为不利的影响。

发明内容

本发明的目的是提供一种II-VI族软脆晶体超精密加工样品的定点原子成像方法，采用液氮降温，低能量离子减薄技术，操作对象是定点位置与表面胶连接完好的破碎的薄片或高清晰的定点减薄位置，实现II-VI族软脆晶体超精密加工样品的定点原子成像的目的。

本发明的技术方案是采用II-VI族软脆晶体超精密加工样品作为透射电镜制备目标，超精密加工图案贯穿样品表面宽度。透射电镜样品制备时第一面和第二面结束时分别采用0.5μm和1μm的抛光薄膜。离子减薄时采用液氮冷却，低角度及低能量轰击的方法进行离子减薄。定点成像时双倾台β的角度为±22°之间。定点成像的对象是定点位置与胶连接完好的碎片或定点减薄位置。定点原子成像的曝光时间≤0.15秒。本发明的效果和益处是实现了II-VI族软脆晶体超精密加工样品的定点高清晰原子成像效果。

样品为II-VI族软脆晶体。II-VI族的典型代表为碲镉汞和碲锌镉(CdZnTe或CZT)。

定点原子成像对象为纳米压痕、纳米划痕、单颗粒磨削、超精密磨削、纳米磨削、单点金刚石车削后的加工表面。由于TEM的原子成像方法，需要最终观测的区域为几十到几百纳米，因此对于加工表面直径为几百纳米到几十微米的纳米压痕和纳米划痕加工方法，必须采用定点原子成像方法。对于超精密磨削、单点金刚石车削、纳米磨削、单颗粒磨削等加工方法，加工样品直径可以为几个毫米到几十个厘米，最终制备成TEM样品即可。然而对于特定方向或者是特殊微小区域的TEM原子成像方法，也需要采用定点原子成像方法。