Как проверить распределение кристаллов карбида кремния с помощью спектроскопии комбинационного рассеяния?

Как проверить распределение кристаллов карбида кремния с помощью спектроскопии комбинационного рассеяния?

Карбид кремния имеет множество типов кристаллов, но кристаллическая структура кремния, необходимая рынку, в основном представляет собой 4H-SiC. Таким образом, рост кристаллов карбида кремния в кристаллических типах является дефектом. В определенной степени его можно различить невооруженным глазом. Более точным методом измерения для проверки распределения кристаллов карбида кремния является рамановская спектроскопия: рамановская спектроскопия имеет характеристики для кристаллов, а положения пиков света, излучаемого разными кристаллами, различны.

1. Что такое рамановская спектроскопия?

В 1928 году индийский ученый Раман открыл рамановское рассеяние в эксперименте по изучению спектра рассеяния жидкого бензола. Проще говоря, спектроскопия комбинационного рассеяния света заключается в том, что используется луч света, падающий на вещество, частота падающего света равна v, а частота результирующего рассеянного света будет v, v + Δv1, v-Δv1, v + Δv2, v-Δv2 и т. Д. Эти Δv1, Δv2 и т. Д. Δv имеют характеристики. Другими словами, каждое вещество имеет определенную разницу (положение пика, интенсивность пика), которая называется рамановским сдвигом (излучаемый свет за вычетом падающего света).

Например, спектр комбинационного рассеяния 4H-SiC:

Рамановский сдвиг (см-1) E2 поперечная акустическая волна E2 поперечная акустическая волна Поперечная акустическая волна A1 E2 поперечная акустическая волна Поперечная акустическая волна A1 Продольная акустическая волна А1 LOPC LOPC
4H-SiC, 194.958 204.034 610.031 776.489 796.861 963.106 964.769 994.643

 

Показанная выше таблица представляет собой рамановский сдвиг. Во время измерения распределения кристаллов карбида кремния компьютер поможет его рассчитать и обработать как спектр рамановского сдвига.

2. Как проверить распределение кристаллов карбида кремния?

Типичные условия испытаний: использование лазера Ar+ лазера Ar+ рамановского спектрометра LabRAM HR с длиной волны 532 нм, падающего вертикально, мощность возбуждения 200 мВт, режим сбора рассеянного света — режим обратного рассеяния. Падающий свет с разными длинами волн имеет разную глубину проникновения. Обычно длина волны лазера 266 нм составляет 0,2 мкм, лазера 325 нм — 2 мкм, а лазера 514 нм — 30 мкм, что означает, что ультрафиолетовый свет можно использовать только для измерения тонких образцов.

Поскольку пластина карбида кремния имеет разные положения, необходимо провести несколько измерений, чтобы получить распределение кристаллов карбида кремния:

Распределение кристаллов карбида кремния

Данные имеют три показателя: положение пика, высоту пика (интенсивность света) и ширину пика. Только когда пиковое положение полностью совпадает, можноквалифицированный 4H-SiC. Как и в случае рентгеноструктурного анализа, если есть другие пики, это вещества других фаз, что является дефектом.

Разница в положении пика обусловлена ​​разницей в энергии фононов, вызванной разными кристаллическими решетками карбида кремния, то есть разными частотами. Каждому фонону соответствует свой энергетический уровень. Теорию виртуального уровня энергии можно использовать для объяснения комбинационного рассеяния света (нелинейного процесса):

Теория нелинейного процесса и уровня виртуальной энергии

Частица поглощает падающий свет на виртуальный энергетический уровень (оранжевый), а затем переходит обратно на уровень колебательной энергии (красный), который отличается от исходного энергетического уровня. Поскольку верхний энергетический уровень является виртуальным энергетическим уровнем, частоту падающего света можно изменять до тех пор, пока он не конфликтует с исходным реальным энергетическим уровнем.

Стоит отметить, что режим LOPC (964,769 см-1) можно использовать для анализа концентрации носителей:

n = 1,25 * 1017 см-2 * (измерение 964,769 см-1-VLOPC)

С увеличением концентрации носителей взаимодействие между атомами и решеткой увеличивается, в результате чего рамановский пик смещается в синий цвет (меньший), интенсивность уменьшается, а ширина увеличивается. Этот метод не так точен, как другие методы, и может использоваться только в качестве вспомогательного средства для анализа распределения кристаллов карбида кремния.

3. Почему бы не использовать XRD для измеренияРаспределение кристаллов карбида кремния?

Рентгеновские лучи — это оптическое излучение, генерируемое переходом электронов во внутреннем слое атомов под бомбардировкой быстро движущихся электронов, включая непрерывные рентгеновские лучи и характеристические рентгеновские лучи. Монокристалл карбида кремния можно использовать в качестве рентгеновских решеток, а когерентное рассеяние, создаваемое этим большим количеством частиц (атомов, ионов или молекул), будет вызывать интерференцию света, увеличивая или уменьшая интенсивность рассеянных рентгеновских лучей. Из-за суперпозиции рассеянных волн от большого количества частиц лучи, которые интерферируют друг с другом, создавая наибольшую интенсивность, называются линиями дифракции рентгеновских лучей.

Чтобы удовлетворить условиям дифракции, можно применить формулу Брэгга: 2dsinθ = nλ.

Падающий луч заставляет каждый рассеиватель повторно излучать небольшую часть своей интенсивности в виде сферической волны. Если рассеиватели расположены симметрично с интервалом d, эти сферические волны будут синхронизированы только в направлении, где разность их длины пути 2dsinθ равна целому кратному длине волны λ. В этом случае часть падающего луча отклоняется на угол 2θ, что создает точки отражения на дифракционной картине.

Используйте рентгеновские лучи известных длин волн для измерения угла θ и расчета межплоскостного расстояния d, которое используется для анализа рентгеновской структуры; другой - использовать затравочный кристалл карбида кремния с известным d для измерения угла θ и расчета характеристической длины волны рентгеновского излучения, а затем элементы, содержащиеся в образце, можно найти в существующих данных.

Формула измерения: 2dSinθ=λ. Хотя значение d среди кубических кристаллов карбида кремния близко, а характеристика недостаточно очевидна, точное распределение кристаллов карбида кремния не может быть точно определено. По этим причинам нецелесообразно использовать рентгеноструктурный анализ для измерения распределения кристаллов карбида кремния.

powerwaywafer

Для получения дополнительной информации, пожалуйста, свяжитесь с нами по электронной почте по адресу victorchan@powerwaywafer.com и powerwaymaterial@gmail.com.

Поделиться этой записью