[发明专利]一种基于偏振拉曼光谱对SiC晶体声子各向异性的测试方法

说明书

本发明涉及一种基于偏振拉曼光谱对SiC晶体声子各向异性的测试方法，包括步骤如下：(1)将SiC晶体分别加工，得到a面、c面和m面样品，并进行抛光；(2)在拉曼光谱仪的入射光路中加入半波片，在背散射光路中加入偏振片；(3)固定偏振片的方向，旋转半波片以改变入射偏振光与散射偏振光的相对方向，测试偏振拉曼光谱；(4)对不同声子模的峰进行拟合，获得平面模E₁，E₂以及轴向模A₁的拉曼强度；(5)对平面模E₁，E₂以及轴向模A₁的拉曼峰强度进行归一化处理律；(6)得到不同声子模的各向异性。本发明通过优化测试参数，有效的表征了SiC晶体不同极性面中声子的各向异性。

技术领域

本发明涉及一种基于偏振拉曼光谱对SiC晶体声子各向异性的测试方法，尤其涉及基于偏振拉曼光谱表征SiC晶体不同极性面声子各向异性的测试方法，属于微电子和光电子材料技术领域。

背景技术

碳化硅作为第三代半导体，具有禁带宽度大、高热导率、高临界击穿场强、高载流子饱和迁移效率、低的介电常数等优势，在高温、高频大功率器件方面具有极大的应用空间。由于堆垛形式的不同，SiC具有200余种晶型，包括4H、6H、15R等。目前，半导体材料的制备和性能已成为决定器件性能和发展的关键因素。然而，SiC的晶体结构及性质表征还不完整，这成为制约其应用的重要因素。对SiC不同极性面中声子各向异性的研究可以帮助优化单晶生长工艺，为提高SiC单晶的性能并扩大其应用领域奠定良好基础。

拉曼光谱分析法是基于印度科学家拉曼(Raman)所发现的拉曼散射效应，应用于分子结构研究的一种分析方法。通过散射光谱可以得到分子振动、转动方面的信息。通过对拉曼散射峰强、峰宽以及峰位置的分析，可以揭示样品质量和电学性质。拉曼光谱以其非接触、非破坏性的优点，已成为用作表征半导体材料的有效方法。现阶段在SiC表征方面，拉曼光谱常被用来表征SiC的晶型以及评估载流子浓度。文献Nakashima S,Harima H.PhysicaStatus Solidi,2015,162(1):39-64等讨论了利用拉曼光谱鉴别晶型，分析缺陷及应力，并通过LOPC声子耦合模的相对位移计算了SiC中载流子浓度和迁移率。

偏振拉曼光谱是拉曼光谱的一种，是通过选择性地测量与激发光的偏振方向平行或者垂直的拉曼散射光来实现的。偏振拉曼已经应用于探究六方纤锌矿结构氮化镓以及氧化锌晶体的各向异性。文献HC Lin,ZC Feng,MS Chen.Journal of Applied Physics,2005,97:123507-8利用偏振拉曼光谱研究了GaN纤锌矿晶体的声子各向异性特性。文献Bundesmann C,Ashkenov N,Schubert M.Applied Physics Letters,2003,83(10):1974-1976采用偏振微拉曼测量技术研究了用脉冲激光沉积法在平面蓝宝石衬底上生长的Fe，Sb，Al，Ga和Li掺杂的ZnO薄膜的声子模。目前，关于SiC晶体的各向异性还没有系统的研究。

SiC晶体的一阶拉曼散射中，根据原子的运动方向其弱声子模可分为振动方向与晶体c轴平行的轴向模(A₁)和与晶体z轴垂直的平面模(E₁和E₂)。通常由于分光计不能很好地分离能量相近的声子模，拉曼谱线的位置和数量均有变化。迄今为止，SiC中声子的各向异性并没有直接的观察方法或研究手段，其声子模的强度变化规律无法获得。文献李发帝,段国韬,郑伟.光散射学报，2014,24(6)：394-397，通过旋转样品改变入射光偏振方向与光轴之间的相对角度测试了4H-SiC(0001)晶面的拉曼光谱，结果表明拉曼光谱强度具有周期性变化规律。但该研究没有深入探究声子各向异性规律，且在该方法中张量元之间的相位差对声子模强度的性质具有重要影响，张量元之间的相位差难以精确获得，因此其声子的各向异性规律无法计算。