2022-01-29 16:14:51 奥谱天成(厦门)光电有限公司
在半导体产业,拉曼光谱仪能够协助业者研究半导体材料的基本特性。包含单一元素的半导体,如矽(Si)、锗(Ge),以及多成份组成的半导体,如硒锌(ZnSe)、镓砷(GaAs)半导体。在材料制造阶段,这些半导体材料的特性,将决定接下来晶圆制造、IC封装这些制程的品质,本阶段是最为重要的步骤。
在晶圆制造的过程中,使用拉曼光谱仪作为制程分析与品质控管的工具,将有利于提高产品的品质,提高良率进而提高整体产量。
目前拉曼光谱仪在半导体产业常见的应用包括:
l材料纯度
l污染物鉴定
l合金成份
l超晶格结构
l本质应力&应变的特性因素
l缺陷分析
l半导体异质结构
l异质接面的掺杂效应
举例应用:拉曼光谱在ZnSe异质结构测试
ZnSe是什么?
ZnSe是一种典型的II一Ⅵ族半导体材料,为闪锌矿结构,具有直接带隙,室温下(300K)的禁带宽度为2.698eV,在低温(<10K)下,其禁带宽度为2.821ev,对应于波长459.4nm的蓝光。
ZnSe的应用与研究
ZnSe粉末在高真空中的热蒸发已得到应用。在室温下将一系列厚度在30nm和1µm之间的ZnSe单层沉积在c-Si和玻璃基板上。此外,研究了用相同的沉积技术制备的SiOx/ZnSe周期性多层膜,ZnSe层厚度为2和4nm。使用He-Cd激光器的442nm线以及Ar+或Ar+/Kr+激光器的不同线在295K下测量拉曼光谱。观察到的拉曼特征与多个光学声子(1LO到4LO)光散射有关,并且与ZnSe单层和多层的随机取向的结晶ZnSe晶粒的存在有关。已经观察到1LO带的相对较大的线宽(≈15cm-1),这与晶粒中的晶格畸变和薄于100nm的层中存在非晶相有关。
拉曼分析
所有测量均在室温下在空气中进行。绘制在同一图表上的所有光谱都以相同的比例缩放。
图1在三种激光激发下测量的厚度为1µm(a)和30nm(b)的ZnSe单层和SiOx(4nm)/ZnSe(4nm)多层(c)的拉曼光谱
图1a显示了沉积在Corning7059玻璃基板上的厚度为1µm的ZnSe层的三个拉曼光谱。可选用国产拉曼领头羊~奥谱天成的拉曼光谱仪。在接近共振拉曼散射条件的激发条件下得到更好的分辨。当激发光接近材料的光学带隙Eg0时,观察到拉曼信号的最强增强。由于1LO波段是457.9nm谱线激发的拉曼光谱中最密集的,因此该谱线的能量应该接近光学带隙。这与先前的结果一致,这些结果表明对于1µm厚的ZnSe层的光学带隙,光学吸收遵循晶体半导体中直接允许的电子跃迁的定律。
图1b和1c分别显示了厚度为30nm的ZnSe层和SiOx(4nm)/ZnSe(4nm)多层的拉曼光谱。两个样品都沉积在c-Si基板上,观察到的强窄带在521cm-1处达到峰值,这是由于基板的散射造成的。1LOZnSe带强度随着激发波长的减小而增加,并且仅在457.9nm线激发的光谱中可以看到一系列4个峰。实际上,使用442nm线通过拉曼光谱对SiOx/ZnSeML(具有2到10nm之间的各种厚度)进行表征,在拉曼光谱中显示出共振行为。它与尺寸引起的带隙能量随层厚度的变化有关。
图2使用442nm激发光测量四种不同厚度(如图所示)的ZnSe单层的拉曼光谱。
图2描绘了使用442nm激光线测量的一系列厚度在30和100nm之间的ZnSe单层的拉曼光谱。30nm层的1LO带的强度明显高于其他样品,拉曼结果表明,由于晶粒尺寸小,厚度小于50nm的ZnSe层可以显示出良好的化学敏感性。
总结
拉曼光谱的应用,以便使用逐步热真空蒸发对在室温下沉积的薄和超薄ZnSe层进行结构表征。用三个不同的Ar+激光线在激发下进行的测量表明,当用457.9nm线激发时,与层厚度无关,1LO带强度显示出最大值。
用442nm线进行的测量表明,它的能量比457.9nm线的能量更接近最薄单层中的晶粒和ML中的ZnSe层的光学带隙。这一观察表明载流子受限,并暗示这些层中的晶粒尺寸约为10nm。
推荐仪器
定制款自动聚焦自动扫描科研级显微拉曼光谱仪,激发波长457nm,波数范围200-1000cm-1。
奥谱天成
致力于开发国际领先的光谱分析仪器,立志成为国际一流的光谱仪器提供商,基于特有的光机电一体化、光谱分析、云计算等技术,形成以拉曼光谱为拳头产品,光纤光谱、高光谱成像仪、地物光谱、荧光光谱、LIBS等多个领域,均跻身于世界前列,已出口到全球50多个国家。
◆ 承担“厦门市海洋与渔业发展专项资金项目”(总经费4576万元);
◆ 2021福建省科技小巨人科技部;
◆ 刘鸿飞博士入选科技部“创新人才推进计划”;
◆ 国家高新技术企业;
◆ 刘鸿飞博士获评福建省高层次人才B类;
◆ 主持制定《近红外地物光谱仪》国家标准;
◆ 国家《拉曼光谱仪标准》起草单位;
◆ 福建省《便携式拉曼光谱仪标准》评审专家单位;
◆ 厦门市“双百人才计划”A类重点引进项目(最高等级);
◆ 国家海洋局重大产业化专项项目承担者;
◆ “重大科学仪器专项计划”承担者。
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