ラマン分光法で炭化ケイ素結晶の分布をテストするにはどうすればよいですか?

炭化ケイ素にはさまざまな結晶型がありますが、市場が必要とするシリコンの結晶構造は主に4H-SiCです。したがって、結晶型における炭化ケイ素の結晶成長は欠陥です。肉眼でもある程度は判別可能です。炭化ケイ素結晶の分布をテストするためのより正確な測定方法は、ラマン分光法です。ラマン分光法には結晶の特性があり、異なる結晶によって放出される光のピーク位置は異なります。

1. ラマン分光法とは何ですか?

1928 年、インドの科学者ラマンは、液体ベンゼンの散乱スペクトルを研究する実験でラマン散乱を発見しました。ラマン散乱分光法を簡単に説明すると、物質に入射する光線を使用します。入射光の周波数は v で、結果として生じる散乱光の周波数は v、v+Δv1、v-Δv1、v+Δv2、v-Δv2 などとなります。これらΔv1、Δv2、・・・Δvには特性がある。つまり、物質ごとに一定の違い（ピーク位置、ピーク強度）があり、これをラマンシフト（出射光－入射光）といいます。

たとえば、4H-SiC のラマン スペクトルは次のとおりです。

ラマンシフト(cm-1）	E2 横音波	E2 横音波	A1横音波	E2 横音波	A1横音波	A1 縦波音波	LOPC	LOPC
4H-SiCの	194.958	204.034	610.031	776.489	796.861	963.106	964.769	994.643

 

ここに示されている上の表はラマン シフトです。炭化ケイ素結晶の分布測定中に、コンピューターが計算を支援し、ラマンシフトスペクトルとして処理します。

2. 炭化ケイ素結晶の分布をテストするにはどうすればよいですか?

一般的なテスト条件は次のとおりです。LabRAM HR ラマン分光計の Ar+ レーザーの 532nm レーザーを使用し、垂直に入射し、励起パワーは 200mW、散乱光を収集するモードは後方散乱モードです。異なる波長の入射光は異なる侵入深さを持ちます。一般に、266nmレーザーは0.2um、325nmレーザーは2um、514nmレーザーは30umなので、紫外光は薄いサンプルの測定にしか使用できません。

炭化ケイ素ウェハの位置は異なるため、炭化ケイ素結晶の分布を取得するために複数の測定が行われます。

データには、ピークの位置、ピークの高さ (光の強度)、およびピークの幅の 3 つの指標があります。ピーク位置が完全に一致した場合のみ、認定された 4H-SiC。 XRDと同様に、他のピークがある場合、それらは他の相の物質であり、欠陥となります。

ピークの位置の違いは、炭化ケイ素結晶格子の違いによってもたらされるフォノンのエネルギーの違い、すなわち周波数の違いによるものである。各フォノンには対応するエネルギー準位があります。仮想エネルギー準位理論は、ラマン (非線形過程) を説明するために使用できます。

粒子は入射光を仮想エネルギーレベル（オレンジ色）まで吸収し、その後、元のエネルギーレベルとは異なる振動エネルギーレベル（赤色）に戻ります。上位エネルギー準位は仮想エネルギー準位であるため、元の実際のエネルギー準位と矛盾しない限り、入射光の周波数は変更できます。

LOPC モード (964.769 cm-1) を使用してキャリア濃度を分析できることは注目に値します。

n = 1.25 * 1017cm-2 *(964.769cm-1-VLOPC測定)

キャリア濃度が増加すると、原子と格子間の相互作用が増加し、ラマン ピークのブルー シフトが (小さくなり)、強度が減少し、幅が増加します。この方法は他の方法ほど正確ではなく、炭化ケイ素結晶の分布を分析するための補助としてのみ使用できます。

3. XRDを使って測定してみませんか炭化ケイ素結晶の分布?

X 線は、高速移動する電子の衝突下で原子の内層の電子の遷移によって生成される光学放射線であり、連続 X 線と特性 X 線が含まれます。炭化ケイ素単結晶は X 線格子として使用でき、これらの多数の粒子 (原子、イオン、分子) によって生成されるコヒーレントな散乱は光の干渉を引き起こし、散乱 X 線の強度を増減させます。多数の粒子からの散乱波が重なり合うことにより、互いに干渉して最大の強度を生成するビームは、X 線回折線と呼ばれます。

回折条件を満たすために、ブラッグ公式: 2dsinθ=nλ を適用できます。

入射ビームにより、各散乱体はその強度のごく一部を球面波として再放射します。散乱体が間隔 d で対称に配置されている場合、これらの球面波は、その路長差 2dsinθ が波長 λ の整数倍に等しい方向にのみ同期します。この場合、入射ビームの一部は 2θ の角度で偏向され、回折パターンに反射点が生成されます。

既知の波長の X 線を使用して θ 角度を測定し、X 線構造解析に使用される面間隔 d を計算します。もう1つは、dが既知の炭化珪素種結晶を用いてθ角を測定し、特性X線の波長を計算することで、既存のデータから試料に含まれる元素を求める方法です。

測定式は2dSinθ=λとなります。立方晶炭化ケイ素結晶間のd値は近く、特性が十分に明らかではないため、正確な炭化ケイ素結晶の分布を正確に決定することはできません。これらの理由から、XRD を使用して炭化ケイ素結晶の分布を測定することは適切ではありません。

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