[发明专利]基于光生载流子效应的拉曼光谱表征4H-SiC电学性质方法

说明书

本发明涉及一种基于光生载流子效应的拉曼光谱表征4H‑SiC电学性质方法，步骤如下：选用紫外激光进行激发，保证在被测4H‑SiC样品中能够激发出光生载流子；选择适配于紫外激光光路的物镜，光栅刻线密度，并设置光谱仪积分时间和累积次数的数值；设置能完全覆盖4H‑SiC一阶拉曼峰的光谱扫描范围；通过调节光路中的衰减片来改变到达被测4H‑SiC表面的激光功率强度，分别选取不同激光功率对4H‑SiC样品进行拉曼光谱测试，得到不同激光功率激光激发条件下LOPC模对应的拉曼光谱实验数据；进行数学拟合；通过载流子浓度与激光功率之间的线性关系式计算得到被测4H‑SiC无光生载流子产生时的本征载流子浓度数值。

技术领域

本发明属于拉曼光谱表征、半导体材料科学等领域。提出一种基于光生载流子效应的拉曼光谱表征4H-SiC电学性质方法。

背景技术

随着半导体材料制备工艺的快速发展，半导体元器件的应用得到了长足的发展。更加严苛的工作条件和性能要求促使半导体材料的不断更迭。在4H-SiC元器件的加工制备领域，载流子浓度是需要重点考虑的电学参数之一。测量载流子浓度的电学测试方法如四探针法等制备过程复杂且会对被测样品造成破坏，随着光学检测技术的发展，拉曼光谱等非接触式的光学检测方法逐渐应用到半导体电学性质的检测过程中。使用拉曼光谱测试得到的4H-SiC纵光学声子与等离子激元耦合模(Longitudinal optical plasmon coupledmode，LOPC模)实验数据，与LOPC模拉曼峰的理论强度公式拟合能够得到被测4H-SiC的载流子浓度数值。

碳化硅LOPC模拉曼峰强度公式为：

其中ω代表拉曼位移,S代表无单位的比例常数,ε(ω)代表经典介电函数，式(1)中A(ω)表示为:

其中ω_T代表横光学声子(TO)模频率,ω_L代表未耦合的纵光学声子(LO)模频率,ω_P代表等离子体频率,γ等离子体衰减系数,Γ_T代表横光学声子模的衰减系数，其中Δ表示为：

C代表Faust-Henry常数，它的数值与碳化硅晶体中纵向光学声子模与横向光学声子模的拉曼强度比相关。

其中ω₁代表入射光频率，经典介电函数由声子和等离子体激元组合得到：

其中ε_∞代表光学介电常数，i是虚数符号。等离子体频率值可以由公式(6)得到:

其中n代表载流子浓度，e代表元电荷，m*代表电子有效质量。上述公式主要由反映原子位移导致的光极化调制畸变能机制(Deformation Potential mechanisms)和电场极化调制的电光机制(Electro-Optical mechanisms)决定。但上述方法适用的载流子浓度范围仅为：1.6×10¹⁶cm^-3-5.0×10¹⁸cm^-3，对于载流子浓度低于此适用浓度范围的4H-SiC无法进行有效检测。光生载流子效应是指当入射激光光子能量大于被测样品的禁带宽度时，会在被测样品内激发出自由移动的电子空穴对。将光生载流子效应与拉曼光谱测试有机结合起来，可以对较低载流子浓度的4H-SiC的进行有效测量，并最终计算出其载流子浓度的大小。

发明内容

本发明的目的是提出了基于光生载流子效应的拉曼光谱表征4H-SiC电学性质方法。本发明的技术方案如下：