Оптические исследования тонких легированных слоев кремния и других полупроводников было бы значительно легче и точнее вы­полнять с помощью излучения, которое сильно поглощается мате­риалом полупроводника. Таким, например, является ультрафиолетовое излучение с длиной волны 0,2—0,4 мкм, почти полностью погло­щаемое слоями кремния толщиной всего 0,05—0,1 мкм. Однако из­менение концентрации свободных носителей заряда в полупровод­нике в очень широких пределах практически не влияет на его оп­тические свойства в коротковолновой области спектра [58]. Спектры отражения в ультрафиолетовой области помогли установить особен­ности зонной структуры полупроводников. Характерные для многих полупроводниковых материалов всплески отражения объясняются резким ростом показателя поглощения, что вызывается межзонны­ми переходами при большой ширине запрещенной зоны в тех об­ластях зависимости Е от к, где к^О [10, 11, 25],

С помощью спектров ультрафиолетового отражения также уда­ется весьма тонко контролировать качество механической и хими­ческой полировки поверхности полупроводниковых кристаллов, что отчетливо видно из приводимых на рис. 1.11 и 1.12 спектральных зависимостей зеркального коэффициента отражения от глубины остающихся после полировки нарушений на поверхности кремния и арсенида галлия. Только после того, как глубина нарушений в результате дополнительной полировки становится меньше длины волны ультрафиолетового (0,2—0,4 мкм) и видимого (0,4—0,75 мкм) излучений, использованных при измерениях (выполненных на спек­трофотометрах СФ-4, СФ-10, СФ-20, СФ-26), коэффициент отраже­ния в этих областях спектра перестает изменяться (см. рис. 1.12).

Высокой эффективности оптического контроля способствует на­личие пиков отражения, имеющихся у кремния и арсенида галлия в ультрафиолетовой области спектра. Например, контроль за состоя-

J — 3 мкм; 2—1; 3—1; 4 — 0,1—0,2 мкм; 1, 2, 4 — время полировки 1ч; 3 — 2 ч

Рис. 1.12. Спектральная зависимость коэффициента отражения арсенида галлия после обработки в полирующем травителе и при оставшихся нарушениях ловерхности на разной глубине

1 — водородная лампа; 2 — кварцевая линза; 3 — фильтр из пластин кремния, обрабо­танных окисью хрома; 4—плоские зеркала; 5 — корпус прибора с разделительными шторками; 6 — исследуемые пластины; 7 — фотоумножитель типа ФЭУ-57 или ФЭУ-39 с кварцевым входным окном; 8 — блок регистрации фототока; 9 — модулятор; ю — блок питания водородной лампы
нием поверхности кремния лучше вести при длине волны 0,28 мкм, где коэффициент отражения хорошо отполированного кремния до­стигает 70%. Для увеличения различия между коэффициентами от­ражения пластин с разной обработкой поверхности полезно восполь­зоваться прибором для наблюдения многократного отражения уль­трафиолетового излучения от набора пластин с одинаковой обра­боткой поверхности (рис. 1.13) [59]. В этом же приборе другой набор хорошо отполированных пластин позволяет выделить из спек­тра источника ультрафиолетовое излучение с длиной волны 0,28 мкм, наиболее полезное для контроля состояния поверхности кремния.

Приборы, применявшиеся для контроля состояния поверхности, в которых выделение необходимого спектрального интервала осу­ществлялось с помощью кварцевых призм, дифракционных решеток, параболических и поворотных зеркал, более сложны по конструкция.

* * *

Таким образом, исследования спектров отражения как в ультра­фиолетовой, так и в инфракрасной области дают возможность полу­чить информацию об электрофизических и оптических свойствах кристаллов, в частности помогают оценить концентрацию свободных носителей заряда, качество обработки поверхности, степень отжига дефектов, параметры зонной структуры, в том числе ширину за­прещенной зоны полупроводника и ее температурную зависимость.