拉曼光谱在SiC单晶中的应用

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拉曼光谱的原理及应用

拉曼光谱的原理及应用

拉曼光谱的原理及应用拉曼光谱是将激发的样品通过分析散射光的频率而得到的一种光谱技术。

它是基于拉曼散射效应,即光与物质相互作用后,光的频率发生变化而产生散射光谱。

拉曼光谱的原理及应用如下。

原理:拉曼散射是指当物质被激发后,光通过与物质分子或晶体相互作用而发生频率改变的现象。

当光与物质相互作用后,其中一部分光的频率会发生变化,其频率的差值与物质分子或晶体的振动和转动能级有关。

这种频率发生变化的光被称为拉曼光,而拉曼光谱则是分析和记录这种光的技术和结果。

应用:1.化学分析:拉曼光谱可以用于分析化学物质的成分、结构和浓度。

不同化学物质的分子结构和振动能级不同,因此它们与光相互作用后会产生不同的拉曼光谱。

通过对比样品的拉曼光谱与数据库中已知物质的拉曼光谱,可以确定样品的成分和结构。

2.材料科学:拉曼光谱在材料科学中有广泛的应用。

例如,可以通过拉曼光谱来分析材料中的应变、晶格缺陷、晶体结构及化学组成等。

由于拉曼光谱对物质的表面敏感性较强,因此它在研究纳米材料和杂质掺杂材料的结构和性质方面特别有用。

3.生物医学:拉曼光谱在生物医学领域有多种应用。

例如,可以使用拉曼光谱来识别肿瘤组织与正常组织的差异,从而在肿瘤诊断和治疗中发挥重要作用。

此外,拉曼光谱还可以用于分析生物分子的结构变化和相互作用,以及研究细胞功能和代谢过程。

4.环境分析:拉曼光谱可以用于环境样品的分析和监测,例如水质、大气污染物、土壤和废物中的化学物质。

通过拉曼光谱技术,可以对这些环境样品中的有机和无机成分进行定性和定量分析,从而提供可靠的环境数据。

5.药品质量检测:拉曼光谱可用于对药物的质量进行快速和准确的检测。

通过对药物样品的拉曼光谱进行分析,可以确定药物的成分、结构和纯度,以保证药物的质量和疗效。

总结:拉曼光谱技术以其非破坏性、快速、准确的特点在各个领域得到广泛应用。

基于拉曼散射现象,拉曼光谱能够提供关于样品成分、结构和相互作用的信息。

它已成为化学、材料科学、生物医学、环境分析和药品质量检测等领域中不可或缺的分析工具,为科研和工业应用提供了重要支持。

碳化硅单晶抛光片位错密度检测方法

碳化硅单晶抛光片位错密度检测方法

碳化硅单晶抛光片位错密度检测方法碳化硅(SiC)是一种非常重要的半导体材料,具有优异的电学、热学和力学性能。

在制备碳化硅器件时,常常需要对其单晶材料进行抛光处理。

位错密度是描述材料晶体缺陷的重要参数之一,对材料性能有着重要影响。

因此,开发一种准确、高效的碳化硅单晶抛光片位错密度检测方法具有重要的理论意义和实际应用价值。

目前,对碳化硅单晶抛光片位错密度的检测方法主要包括:X射线衍射、拉曼光谱和透射电子显微镜。

在不同的实验条件下使用这些方法可以获得较为可靠的位错密度数据。

其中X射线衍射是一种常用的位错密度检测方法。

通过X射线衍射实验,可以获得材料的晶格参数和晶体质量的统计信息。

位错导致SiC晶体衍射峰的宽化和偏移,从而通过对峰形的分析可以得到位错密度的估计。

然而,这种方法需要相对复杂的仪器设备,且数据处理相对复杂。

拉曼光谱是一种用于材料表征的非常有效的方法,并且在研究位错密度方面也有一定的应用。

通过测量材料的拉曼光谱,可以获得有关固体晶体结构和振动模式的信息。

位错导致晶格的畸变以及晶格振动的变化,从而可以通过对拉曼光谱的分析来评估位错密度。

相比于X射线衍射方法,拉曼光谱方法更加方便快速,且数据处理相对简单。

然而,由于碳化硅材料的结构复杂性,目前基于拉曼光谱的位错密度计算方法仍存在一定的局限性。

透射电子显微镜是一种可以直接观察材料中位错的方法,通过显微镜观察图像可以获得位错密度的直接信息。

在透射电子显微镜下观察到的位错结构种类繁多,包括线状和面状位错,可以对位错的种类和密度进行准确的定量分析。

然而,透射电子显微镜需要高分辨率显微镜设备,且操作较为复杂。

另外,透射电子显微镜还需要对样品进行制备和处理,一些特殊结构的位错可能无法直接观察到。

综上所述,目前针对碳化硅单晶抛光片位错密度的检测方法存在一定的局限性。

因此,未来的研究应该探索更加准确、高效的位错密度检测方法,以满足碳化硅单晶抛光片质量控制的需求。

拉曼光谱技术的应用及研究进展

拉曼光谱技术的应用及研究进展

拉曼光谱技术的应用及讨论进展拉曼光谱是一种散射光谱,它是1928年印度物理学家C.V.Raman发觉的。

拉曼光谱作为一种物质结构的分析测试手段而被广泛应用,尤其是60时代以后,激光光源的引入、微弱信号检测技术的提高和计算机的应用,使拉曼光谱分析在很多应用领域取得很大的进展。

目前,拉曼光谱已广泛应用于材料、化工、石油、高分子、生物、环保、地质等领域。

就分析测试而言,拉曼光谱和红外光谱相搭配使用可以更加全面地讨论分子的振动状态,供给更多的分子结构方面的信息。

1拉曼光谱的应用拉曼光谱是讨论分子振动的一种光谱方法,它的原理和机制都与红外光谱不同,但它供给的结构信息却是仿佛的,都是关于分子内部各种简正振动频率及有关振动能级的情况,从而可以用来鉴定分子中存在的官能团。

分子偶极矩变化是红外光谱产生的原因,而拉曼光谱是分子极化率变化诱导的,它的谱线强度取决于相应的简正振动过程中极化率的变化的大小。

在分子结构分析中,拉曼光谱与红外光谱是相互补充的。

例如:电荷分布中心对称的键,如C—C、N=N、S—S等,红外汲取很弱,而拉曼散射却很强,因此,一些在红外光谱仪无法检测的信息在拉曼光谱能很好地表现出来。

拉曼光谱还可测定分子的退偏比,利于弄清分子的对称性等。

这在结构分析中是特别有用的。

拉曼的缺点是检测灵敏度特别低。

在电化学讨论中该缺点尤为突出,由于典型的电化学体系是由固—液两个凝集相构成的,表面物种信号往往会被液相里的大量相同物种的信号所掩盖。

1.1用于聚合物中的讨论随着CCD探头和光纤在FT—拉曼光谱中的应用,使信噪比、光谱范围和精度大大加添。

广义二维FT—拉曼相关光谱和带色散仪及多道探测器的近红外FT—拉曼光谱得到快速进展,以及多变量分析法的应用使拉曼光谱可应用于过程监控和定量分析,这使拉曼技术在高分子科学中起着越来越紧要的作用。

通常用红外光谱讨论含氢键的聚合物相容性。

无氢键的聚合物共混物内的特别相互作用的振动光谱讨论很少有报道。

拉曼光谱在SiC单晶中的应用

拉曼光谱在SiC单晶中的应用

107碳化硅(SiC)晶体是重要的间接宽带隙半导体材料之一,具有优良的物理和化学特性,很早被证明是一种耐高温、高强度、耐磨损的应用材料,在许多领域具有重要的应用价值,已成为发展微电子和光电子技术的有重要价值的材料。

SiC晶体具有多种晶型,比较常见的晶型有:立方结构(3C)、六角结构(2H,4H,6H等)、菱形结构(15R,21R等)。

寻找一种简单有效的方法对SiC晶体的晶型、生长质量进行分析,对SiC晶体的生长和应用具有十分重要的意义。

显微拉曼技术可以有效选定SiC晶片的测试区域,范围误差达到微米量级,是分析晶体结构和生长质量的有力的工具。

1 SiC晶体中的拉曼散射晶体中的拉曼散射过程可以利用声子散射束表述,声子散射满足能量和动量守恒。

声子就是指格波的能量量子。

它的能量等于hwq。

一个格波,也就是一种振动模,称为一种声子,当这种振动模处于 (nq+1/2) hwq本征态时,称为有nq个声子,nq为声子数。

当光子与晶格振动相互作用时,交换能量以hwq为单元,若光子从晶格获得hwq能量,称为吸收一个声子,若光子给晶格hwq能量,称为发射一个声子。

散射过程中声子的动量是很小的,即发生散射的声子所对应的波矢k接近于零(靠近布里渊区的Γ点)。

如果散射过程有多个声子参加,就要考虑所有参加声子的总能量和动量,这时可能观测到的散射声子不在Γ点(如二级拉曼散射)。

立方结构的SiC晶体是闪锌矿结构的晶体。

每个原胞中包含两个原予,所以有6个振动自由度。

在Γ点晶格振动的对称性分类为2F2,其中一个F2是三重简并的声学模,另一个F2是拉曼活性的极性光学模,分裂成一个非简并的纵光学模和一个二重简并的横光学模。

六方结构nH-SiC(如4H-SiC,n=4,n表示原胞中双原子层的堆积数)是纤锌矿结构的晶体,具有C 46V 对称性,每;q B 为SiC基本布里渊区的边界波矢。

对n H -S i C 来说,振动模的数目n (A 1+B 1+E 1+E 2),其中B 1是拉曼非活性的。

单晶硅拉曼数值-概述说明以及解释

单晶硅拉曼数值-概述说明以及解释

单晶硅拉曼数值-概述说明以及解释1.引言1.1 概述概述单晶硅是一种常用的半导体材料,具有优良的电学和光学性质。

拉曼光谱技术是一种非侵入性的表征方法,能够提供物质的结构和化学成分信息。

通过数值模拟单晶硅的拉曼光谱,可以更加深入地了解其光学性质和振动行为。

本文将重点介绍单晶硅拉曼数值模拟的原理和方法,探讨其在材料研究中的重要性和应用前景。

的内容1.2 文章结构本文主要分为引言、正文和结论三个部分。

在引言部分,会介绍单晶硅和拉曼光谱技术的背景知识,以及本文的研究目的。

在正文部分,将详细介绍单晶硅的性质、拉曼光谱技术的原理和应用,以及单晶硅拉曼数值模拟的方法和研究进展。

在结论部分,将对单晶硅拉曼数值模拟的重要性进行总结,展望未来的研究方向,并得出结论。

整篇文章结构严谨、逻辑清晰,旨在为读者提供对单晶硅拉曼数值模拟的全面了解和深入思考。

1.3 目的:本文旨在探讨单晶硅拉曼数值模拟的重要性与应用,通过对单晶硅的性质、拉曼光谱技术以及数值模拟方法的详细介绍,希望能够深入理解单晶硅在不同条件下的拉曼光谱特性。

同时,通过数值模拟的方法,可以更好地解释实验结果,揭示单晶硅的微观结构与性质之间的关系。

通过展示单晶硅拉曼数值模拟的重要性和价值,旨在为相关领域的研究提供参考和借鉴,推动单晶硅材料的深入研究和应用。

2.正文2.1 单晶硅的性质单晶硅是一种非常常见的材料,具有许多独特的性质,使其在科学和工程领域中得到广泛应用。

以下是单晶硅的一些重要性质:1. 晶体结构:单晶硅具有钻石晶体结构,每个硅原子通过共价键与四个相邻原子相连,形成稳定的晶格结构。

这种结构使得单晶硅具有高度的结晶性和稳定性。

2. 光学性质:单晶硅是一种光学透明材料,在可见光和红外光范围内具有很高的透射率。

这种性质使得单晶硅在光学器件和半导体领域中具有重要应用价值。

3. 电学性质:单晶硅是一种半导体材料,具有较高的电阻率和较低的导电性。

通过掺杂和加工,单晶硅可以调控其电学性质,用于制备各种电子器件,如晶体管和集成电路。

碳化硅单晶晶向测试方法

碳化硅单晶晶向测试方法

碳化硅单晶晶向测试方法碳化硅(SiC)是一种重要的宽禁带半导体材料,具有优异的热、电性能以及较高的耐高温性能。

在碳化硅材料的应用中,晶向性是一个非常关键的参数,对材料的性能和应用起着很大的影响。

因此,对碳化硅单晶的晶向进行测试是非常重要的。

碳化硅单晶晶向测试的目的是确定晶体的晶向,即确定材料中晶格的取向,以判断晶体的结构和性质。

常用的晶向测试方法包括X射线衍射、拉曼光谱和电子背散射衍射等。

X射线衍射是一种常用的晶向测试方法。

通过利用X射线与晶体的相互作用,测量出衍射角度和强度,可以得到晶体的晶格常数和晶向。

X射线衍射仪通常采用莫耳式几何结构,将X射线束照射在样品上,通过调整入射角和检测角,可以得到不同晶面的衍射图样。

通过分析衍射图样,可以得到晶体的晶向信息。

拉曼光谱也可以用于碳化硅单晶晶向测试。

拉曼光谱是通过激光与物质相互作用而产生的光散射现象,通过测量散射光的频率和强度,可以得到物质的结构和振动信息。

在拉曼光谱测试中,通过调整激光入射方向和检测方向,可以得到不同晶向的拉曼光谱信号。

通过分析拉曼光谱信号,可以确定碳化硅单晶的晶向信息。

电子背散射衍射是一种高分辨率的晶向测试方法。

通过电子束与晶体的相互作用,测量出衍射图样,可以得到晶体的晶向信息。

电子背散射衍射仪通常采用透射电子显微镜(TEM)或扫描电子显微镜(SEM)等设备进行测试。

通过调整电子束的入射角度和检测角度,可以得到不同晶面的背散射衍射图样。

通过分析衍射图样,可以确定碳化硅单晶的晶向信息。

除了上述常用的晶向测试方法,还可以通过光学显微镜观察样品的表面形貌和织构来推测晶向信息。

在光学显微镜下观察样品的表面形貌和织构特征,可以根据晶体生长的方向和晶体形貌的特征来推测晶向信息。

然而,这种方法只能提供一些粗略的晶向信息,无法进行精确的晶向测试。

碳化硅单晶晶向测试是非常重要的,可以通过X射线衍射、拉曼光谱、电子背散射衍射以及光学显微镜等方法来进行。

拉曼光谱法测定单晶硅片中的应力分布

拉曼光谱法测定单晶硅片中的应力分布

拉曼光谱法测定单晶硅片中的应力分布1. 引言单晶硅片是电子行业中常用的材料,而其内部应力分布对其性能及稳定性有着至关重要的影响。

拉曼光谱法是一种非破坏性的测试方法,可以有效地测定单晶硅片中的应力分布。

本文将从什么是拉曼光谱法、单晶硅片中的应力分布以及拉曼光谱法如何应用于测定单晶硅片中的应力分布等方面展开讨论。

2. 什么是拉曼光谱法拉曼光谱法是一种通过激光照射样品后测定样品散射光频移而对材料进行表征的方法。

当激光光束照射到样品表面后,光子和晶格振动产生相互作用,散射光中将会存在由振动引起的频移,而这种频移就可以反映出材料的结构和性质信息。

3. 单晶硅片中的应力分布单晶硅片由于生长、切割等过程中所受到的物理和化学影响,会导致内部存在应力。

这些应力可能会影响到硅片的机械性能以及电子性能,因此了解单晶硅片中的应力分布对于材料的应用至关重要。

通常情况下,单晶硅片的应力分布是不均匀的,并且可能在不同方向上存在不同的应力状态。

4. 拉曼光谱法在测定单晶硅片中的应力分布中的应用拉曼光谱法通过测定样品中的拉曼频移,可以得到样品中晶格的应变状态,从而推算出样品中的应力分布情况。

通过对拉曼光谱数据的处理和分析,可以准确地获得单晶硅片中的应力分布情况,包括应力的大小、方向以及分布的非均匀性等信息。

5. 个人观点和理解从我个人的角度来看,拉曼光谱法作为一种非破坏性的测试手段,能够准确地获取单晶硅片中的应力分布情况,这对于材料的应用和性能评估有着重要的意义。

通过了解单晶硅片中的应力分布,我们可以更好地设计和制备材料,以满足特定应用的要求。

6. 总结与回顾本文主要介绍了拉曼光谱法在测定单晶硅片中应力分布中的应用,从什么是拉曼光谱法、单晶硅片中的应力分布,到拉曼光谱法如何应用于测定单晶硅片中的应力分布。

拉曼光谱法作为一种重要的材料表征手段,为我们提供了重要的材料信息,帮助我们更好地理解和应用材料。

对于单晶硅片中的应力分布,拉曼光谱法能够提供全面、深刻和灵活的定性和定量信息,为材料的研究和应用提供了重要的支持。

拉曼光谱及其在表征材料中的应用

拉曼光谱及其在表征材料中的应用

拉曼光谱及其在表征材料中的应用引言:拉曼光谱作为一种非常有效且广泛应用的光谱学方法,已经在材料科学和化学领域中发挥了重要作用。

通过拉曼光谱,我们可以获得有关分子结构、功能化学基团、晶格振动等信息,从而深入了解材料的性质和特征。

本文旨在介绍拉曼光谱的基本原理和仪器设备,以及其在材料表征中的应用。

一、拉曼光谱的原理:拉曼光谱是一种散射光谱,其基本原理是激发材料中的分子或晶格,使其产生弹性散射光。

由于受到固体矩阵、溶液等外部环境的约束,物质分子在激发状态下会发生振动和转动,从而引起散射光的频率发生变化。

这种频率变化即拉曼散射,通过检测和分析拉曼散射光的波数差,我们可以获得材料的拉曼光谱。

二、拉曼光谱仪器和设备:拉曼光谱仪器主要由激光器、光谱分析仪和探测器等组成。

其中,激光器是拉曼光谱仪的核心部件,常见的激光器有氩离子激光器、固体激光器和半导体激光器等。

光谱分析仪通常采用光栅单色仪或干涉仪,能够将散射光进行波长分离和检测。

探测器则负责将光信号转换为电信号,并进行放大和处理。

三、拉曼光谱在材料表征中的应用:1. 分子结构表征:拉曼光谱可以通过测量不同样品的拉曼散射光谱,分析其中的峰位和峰形等信息,从而确定各种化学键的存在情况、分子的构型和对称性等。

例如,有机分子中不同官能团的特征拉曼振动峰可以用于鉴别不同分子的结构。

2. 晶格振动研究:拉曼光谱对晶体和纳米材料中晶格振动的表征非常有效。

不同晶格振动模式在拉曼光谱中对应不同的散射峰,通过分析这些峰位和强度可以得到材料的结晶性、晶格畸变和晶格结构等信息。

这对于材料的制备和性能优化具有重要意义。

3. 相变和反应动力学研究:拉曼光谱可以实时监测材料在相变和化学反应过程中的结构变化。

通过测量拉曼光谱的时间序列,我们可以获取材料相变的瞬态信息和反应动力学参数,对于研究相变机理和优化反应条件具有重要作用。

4. 成分检测和质量分析:拉曼光谱还可以用于材料的成分检测和质量分析。

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拉曼光谱在SiC单晶中的应用作者:姜志艳来源:《数字技术与应用》2017年第05期摘要:本文主要讲述拉曼光谱仪在碳化硅单晶的应用。

拉曼光谱谱峰尖锐清晰,适合定性研究碳化硅单晶衬底的分子结构及组成,晶体的立体规整性,结晶与去向,晶体的表面及界面的结构。

通过分析晶体的拉曼光谱,可以完善3C-SiC单晶薄膜结晶质量,进一步修正碳化硅单晶生长工艺。

关键词:Si单晶衬底;3C-SiC单晶薄膜;碳化工艺中图分类号:TN304 文献标识码:A 文章编号:1007-9416(2017)05-0107-03碳化硅(SiC)晶体是重要的间接宽带隙半导体材料之一,具有优良的物理和化学特性,很早被证明是一种耐高温、高强度、耐磨损的应用材料,在许多领域具有重要的应用价值,已成为发展微电子和光电子技术的有重要价值的材料。

SiC晶体具有多种晶型,比较常见的晶型有:立方结构(3C)、六角结构(2H,4H,6H等)、菱形结构(15R,21R等)。

寻找一种简单有效的方法对SiC晶体的晶型、生长质量进行分析,对SiC晶体的生长和应用具有十分重要的意义。

显微拉曼技术可以有效选定SiC晶片的测试区域,范围误差达到微米量级,是分析晶体结构和生长质量的有力的工具。

1 SiC晶体中的拉曼散射晶体中的拉曼散射过程可以利用声子散射束表述,声子散射满足能量和动量守恒。

声子就是指格波的能量量子。

它的能量等于hwq。

一个格波,也就是一种振动模,称为一种声子,当这种振动模处于(nq+1/2) hwq本征态时,称为有nq个声子,nq为声子数。

当光子与晶格振动相互作用时,交换能量以hwq为单元,若光子从晶格获得hwq能量,称为吸收一个声子,若光子给晶格hwq能量,称为发射一个声子。

散射过程中声子的动量是很小的,即发生散射的声子所对应的波矢k接近于零(靠近布里渊区的Γ点)。

如果散射过程有多个声子参加,就要考虑所有参加声子的总能量和动量,这时可能观测到的散射声子不在Γ点(如二级拉曼散射)。

立方结构的SiC晶体是闪锌矿结构的晶体。

每个原胞中包含两个原予,所以有6个振动自由度。

在Γ点晶格振动的对称性分类为2F2,其中一个F2是三重简并的声学模,另一个F2是拉曼活性的极性光学模,分裂成一个非简并的纵光学模和一个二重简并的横光学模。

六方结构nH-SiC(如4H-SiC,n=4,n表示原胞中双原子层的堆积数)是纤锌矿结构的晶体,具有C46V对称性,每;qB为SiC基本布里渊区的边界波矢。

对nH-SiC来说,振动模的数目n(A1+B1+E1+E2),其中B1是拉曼非活性的。

在A1模中原予的振动方向与C轴平行,不同原子的振动方向相反。

个原胞含有2n个原子。

nH-SiC沿[0001]方向传播的声子其色散曲线接近于3C-SiC沿[111]方向传播声子的色散曲线在基本布里渊区内的折叠,所以它们的振动模被称为折叠模。

nH-SiC的振动模被分为横向折叠声学模(FTA)、纵向折叠声学模(FLA)、横向折叠光学模(FTO)和纵向折叠光学模(FLO)。

若某SiC多型体其简约波矢为x的折叠模与3C-SiC在基本布里渊区内波矢为q的振动模相对应,那么简约波矢x可由X=q/qB=2m/n得到,上式中m为整数且m4H-SiC每个原胞内有8个原子,它的简约波矢x等于0、0.5、1。

振动模的对称性分类为4(A1+B1+E1+E2),其中A1和E1模对应于基本布里渊区x等于0和1;B1和E1对应于X 等于0.5。

6H-SiC每个原胞内有12个原子,它的简约波矢x等于0、0.33、0.66、1。

振动模的对称性分类为6(A1+B1+E1+E2),其中A1和E1模对应于基本布罩渊区x等于0和0.66,在x等于0.66振动模的数量是x等于0的两倍;B1和E1对应于x等于0.33和1,在x等于0.33振动模的数量是x等于1的两倍。

菱形结构3nR-SiC(如15R-SiC)具有C3v对称结构,它的对称性由于没有螺旋位移操作而比六角结构低。

由对称性的降低,C6v的轴向模B和A1都约化成C3v的E模。

振动模的数量2n(A1+E),都是拉曼活性的。

每个原胞含有2n个原子。

15R-SiC每个原胞含有10个原子,具有10(A1+E)个振动模,E模和A1模对应于基本布里渊区的全部可能的简约波矢,也就是x等于0、0.4、0.8。

21R-SiC与15R-SiC同是菱形结构,按照相同的分析方法,每个原胞含有10个原子,具有14(A1+E)个振动模,E模和A1模对应于基本布里渊区的全部可能的简约波矢,也就是x等于0、0.29、0.57、0.86。

2 SiC拉曼散射实验仪器激光在样品上产生作用的确切部位,可以通过CCD和计算机屏幕清晰地显示出来,使整个分析测定过程,都非常直观,易于观测和进行控制。

可以根据需要在样品表面选择所感兴趣的部位,这对于分析SiC单晶片的非均匀掺杂是非常重要的,因此利用显微拉曼管谱仪观测SiC单晶片是非常理想的。

Horiba Jobin Yvon公司生产的LabRAM HR800型拉曼光谱仪,在国内众多科研院所得到应用,测试水平处于国际领先地位,LabRAM HR800型拉曼光谱仪是目前市场上唯一焦距为800mm的小型拉曼光谱系统,其特点是:(1)在小型仪器中,LabRAM HR800具有最高的光谱分辨率,在全程范围内分辨率小于等于0.65波数,因为使用1800g/mm,所以效率也非常高。

(2)LabRAM HR 800拉曼光谱仪中,在同一台仪器上,既有高分辨率模式,又有高灵敏度模式,且用软件可以自动切换,使用非常方便。

(3)真正共焦光路设计,空间分辨率高,且计算机控制共焦孔径,使得共焦实验非常容易实现。

3 SiC单晶一阶拉曼光谱3.1 4H-SiC单晶一阶拉曼光谱4H-SiC是一种重要的晶型,由于它能够在较宽的范围内实现掺杂,它最有希望用于电子功率器件的制作,同时它的缺点是堆垛层错能较低,在晶体生长时很难长成单晶,即在生长大块的4H-SiC晶体时很容易受到缺陷的干扰。

用拉曼光谱来分析4H-SiC的晶型,能够快速地确定晶体生长的质量,辨别晶体内部的杂质种类及数量。

4H-SiC一阶拉曼谱如图2所示,图中FTA、FLA分别代表横向和纵向声学折叠模,FTO、FLO分别表示横向和纵向光学折叠模。

利用拉曼谱来确定所测晶体的晶型,除把测得的光谱图与标准图谱对应外,还可以利用一个简单的方法,S.Nakashima等提出,若某一SiC晶体的六方百分比为n,在其拉曼活性的横向声学折叠模(FTA)和横向光学折叠模(FTO)中,最大强度的FTA模和FTO模其简约波矢x均等于该晶体的六方百分比n。

由于不同SiC晶体的六方百分比不同,如2H-SiC、6H-SiC、4H-SiC和15R-SiC的六方百分比(n)分别为100%、33%、50%和40%,所以根据拉曼光谱强度的明显不同,可以确定所测晶体的晶型。

例如4H-SiC的n=50%,即x=l/2的FTA、FTO的强度最大,该结果正好与图中的标示相同,所以可以确定该样品为4H-SiC。

3.2 6H-SiC单晶一阶拉曼谱6H-SiC与4H-SiC同是纤锌矿结构,与4H-SiC在相同的实验条件下获得,所得拉曼谱如图3所示。

由于6H-SiC原胞内含有的原子数及对称模比4H-SiC多,前者的拉曼谱比后者的丰富,含有较多的谱峰。

在FLA(x=2/3)的频移只获得一个谱峰,其它文献在此处都获得了双峰线,也就是说6H-SiC声学模在简约波矢x等于1/3或2/3时,拉曼活性的双对称模都对应与双峰线。

D.W.Feldman等人利用偏振光来鉴定6H-SiC中的对称模,发现偏振光对于能否观测到对称模有影响,不考虑入射和散射光的偏振,可以看出6H-SiC所具有的6个E2模中的5个、5个A1模中的4个、5个E1模中的2个。

按照最大强度的FTA模和FTO模其倚约波矢x 均等于该晶体的六方百分比n的简单关系,此时x等于1/3时FTA模和FTO模的强度最大,可知它的六方百分比为1/3,因此它的晶型是6H-SiC。

3.3 15R-SiC单晶一阶拉曼谱15R-SiC是菱形结构中最常见的晶型,具有对称点群C3v,由于它的原子层堆积顺序不存在螺旋对称操作,所以它的对称性要低于六角结构晶型的SiC。

15R-SiC每个原胞含有10个原子,它的简正模都是拉曼活性的。

15R-SiC在不考虑偏振的情况下所激发出的拉曼谱,按照最大强度的FTA模和FTO模其简约波矢x均等于该晶体的六方百分比n的简单关系,此时x等于2/5时FTA模和FTO模的强度最大,可知它的六方百分比为40%,因此它的晶型是15R-SiC。

如图4所示。

3.4 一阶拉曼光谱鉴别SiC晶型利用拉曼光谱可以测试SiC单晶不同晶型的拉曼光谱,利用光谱特征谱线即可进行SiC晶型结构的区分。

6H-SiC、4H-SiC、15R-SiC分别在150.9cm-1(FTA,x=0.33,E2)、205.8cm-1(FTA,x=0.5,E2)、174.1cm-1(FTA,x=0.4,E)具有特征拉曼光谱,利用该峰位即可进行6H-SiC、4H-SiC、15R-SiC三种SiC单晶晶型区分。

如图5所示。

利用HR800图像mapping功能则可对整个晶圆衬底进行6H-SiC、4H-SiC、15R-SiC三种SiC单晶晶型分布情况进行测试,如图6所示。

4 结语利用显微拉曼光谱技术,可以精确区分SiC单晶生长过程中常见的6H-SiC、4H-SiC、15R-SiC三种SiC单晶晶型。

通过LabRAM HR800型拉曼光谱仪图像mapping功能可以明确区分同一晶片面积内不同晶型结构占有的面积和对应的位置,可以有效帮助SiC单晶生长过程中多型结构形成机制研究。

参考文献[1]La Via,F.Silicon Carbide Epitaxy[M].Kerala:Research signpost,2012.1-45.[2]Schoner,A.Krieger,M.Pensl,G.Abe,M.Nagasawa,H.Fabrication and Characterization of 3C-SiC-Based MOSFETs[J].Chemical Vapor Deposition,2006,12(8-9):523-530.。

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