拉曼光谱是一种成熟的技术在半导体的基本性质的分析,特别是在确定微电子设备的特点的原因SiGe-based设备的性能很大程度上依赖于通用电气的知识内容,组成和层的应变。此外，测量半导体结构中的应变和合金成分是校准生长过程和控制这些材料的电学和光学特性的必要条件。欧洲杯足球竞彩
为了利用拉曼光谱探测机械应力，被分析材料需要在光谱中显示拉曼有源模式。机械应变可以通过影响拉曼模的频率位置来提高其简并度。因此，可以通过监测波段位置的位移来观察和检测应变。此外，应变还会影响谱带的形状，导致峰的展宽和变形。这些效应依赖于应变几何形状和材料特性。分析的样本(样本1)的特征结构如图1所示。本文重点讨论了激光激发和测量条件的选择，并讨论了在可见光和紫外范围内获得的结果。
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图1所示。Si/SiGe/Si样品的典型结构
激光的影响
激光激励的选择会对各个参数产生影响:
- 可能破坏拉曼信号的荧光水平
- 探测体积取决于光束穿透度和激光光斑大小
- 信号采集，由于拉曼强度与(1/λ)成正比
- 共振效应，其中一些拉曼波段显示强烈的波长依赖性
- 由于光栅色散沿光谱范围的变化，导致覆盖范围和分辨率的变化
对于像大多数半导体这样的强吸收材料来说欧洲杯足球竞彩拉曼信号由激光束的直径和穿透深度定义的体积。较短的激光波长导致较低的穿透率，从而提供更接近表面的应变细节。表1列出了不同的激发波长和各自在硅和锗中的穿透深度。
表1．激发波长对硅和锗穿透深度的影响
| 激光波长(nm) |
Si穿透深度(nm) |
Ge穿透深度(nm) |
| 633 |
3000 |
32 |
| 514 |
762 |
19．2 |
| 488 |
569 |
19 |
| 457 |
313 |
18.7 |
| 325 |
∼10 |
∼9 |
| 244 |
∼6 |
∼7 |
空间分辨力受到轴向和横向两维度上普遍应用的可见激励的限制。紫外显微拉曼可以利用更小的光学穿透深度和更短的波长优化空间分辨率。此外，更短的光学穿透深度在紫外光(约10nm在325nm的硅)，使分析浅层有源层。
激光选择的影响如图3所示，说明了在图1所示的样品上获得的不同波长的光谱。可见和紫外测量的结合对于图1所示结构的样品很有用。
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图2。样品1在325、488、633和785nm处记录的光谱
测量条件
在实验定义和仪器配置方面，必须考虑许多不同的参数，以提高信息的准确性和一致性。首先，使用参考波段可以改进峰位置的确定。这也可以消除外部参数的影响，如环境温度，这可以影响被监测的拉曼峰的频率。
这个参考需要与拉曼波段同时获得。因此，来自激光源本身的等离子体线更合适，因为它们提供了已知频率的尖锐发射，并与拉曼光谱共线。这些光谱随后将根据等离子体的位置进行校正。此外，自动对焦设备的使用也是必不可少的，因为它可以保持适当的照明，确保等离子体的位置，纠正任何样品倾斜或表面粗糙度。
样品的局部加热也很重要，因为它会影响应变测量。如果激光功率密度非常高，样品可以在焦点处加热，造成温度诱导的拉曼峰下降。因此，一般推荐低激光功率，通常在亚兆瓦级。
结果
可见拉曼光谱
采用488nm氩气激光线对样品进行表征。在488 nm,拉曼信号来自锗硅层占据了光谱由于上述渗透效果(图4)。光谱分析揭示了难以获得精确的位置(汞灯和解夏模式由于强度较弱,不对称的形状,和更大的这些线的宽度。然而，随着信噪比的提高，SiGe和GeGe波段的位置可以更精确地获得。
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图3。在488nm处获得的拉曼光谱
紫外拉曼光谱
样品1在325nm处的拉曼光谱如图5所示。由于SiGe层的波段在可见光谱中占主导地位(图4)，准确识别硅帽层的峰的位置是一项艰巨的任务，尽管峰是可见的，但出现为肩峰。从表1中可以看出，不同的激光线对硅材料的穿透深度在UV范围内都是几个纳米，说明在分析薄硅层时可以使用UV激发线。因此,紫外拉曼光谱图5所示的样品1只显示了薄顶层的硅峰，从而能够确定硅线ω的位置如果从这个帽子层。
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图4。在325nm处获得的拉曼光谱
将光谱数据与样品成分和应变相关联
从可见拉曼光谱中可以得到SiGe层的SiSi模和SiGe模的位置。下面的公式将Ge含量(x)与SiSi声子峰位置ω相关联茜茜公主对于宽松SiGe合金的厚层:
ω茜茜公主= 520.0 -68 x
对于更薄的层和x值接近0.3，公式将是:
ω如果方程1
ω锗硅= 400.5+14.2x
考虑应变ε，则公式为:
ω茜茜公主方程b
ω锗硅= 400.5+14.2x-575e
ω解夏= 282.5+16x-385e
利用这些公式，可以估计锗含量和应变或松弛程度取决于拉曼光谱的电影。这些公式适用于可见激发拉曼光谱。
结论
结果清楚地显示了拉曼光谱在测定锗层和硅帽层中的锗组分和应变的能力，因为该技术允许在单个仪器上使用可见和紫外激发线。
这些信息来源于HORIBA Scientific提供的资料。欧洲杯足球竞彩
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