拉曼和光致发光测量

网络研讨会：拉曼光谱 - 临床诊断中的新曙光

观看网络研讨会

硅（SI）在半导体器件中起着重要作用。在制造过程中，传统上使用光刻产生Si的结构。共焦拉曼和光致发光（PL）成像是用于研究半导体器件SI中的应力和应力诱导的伪影的质量保证的有用工具。本应用笔记介绍了用单个显微镜系统在晶体Si样品上的系统激光划线，共聚变拉曼成像和共焦PL成像的性能。

硅（SI）是最广泛用于集成电路以及太阳能电池的材料。传统上使用光刻制造这些半导体器件中的结构。为了确保最高质量，生产步骤需要最大限度地减少应力和应力诱导的伪影。已经示出了[1,2]，拉曼测量可以有效地探测结晶材料的应变状态，从而提供了开发最合适的生产过程的有效的非破坏性方法。此外，Si的应力和结晶度对Si的光致发光（PL）信号具有很强的效果

结果与讨论

所有实验均使用Alpha300 RA共焦拉曼显微镜进行。

为了进行光刻实验，该系统配备了532 nm, 15 mW脉冲激光与达芬奇光刻套件进行激光刻划。书写结构的光刻过程大约需要2分钟。

XY方向共焦拉曼成像扫描(50 x 50 μm2;200 x 200点)在激光刻区使用额外的532 nm激光(频率加倍的Nd:YAG) 20 mW光功率输出。用100x na0.9物镜将激光光斑聚焦到直径355 nm。采用Andor iDus可见优化DV401ABV采集信号，每个谱的积分时间为12.2 ms。

图1:一阶硅线强度的共焦拉曼图像。绿线表示执行深度扫描的位置。插入物显示了一阶硅线在平面扫描中的位置(峰移)的共焦拉曼图像。

在该扫描之后，可以从520 Rel.1 / cm附近的第一阶SI带的集成强度提取图1。该图像显示靠近激光划线结构的Si信号的增强强度以及完全沿其精确降低。该插入显示了第一阶SI线（峰值偏移）的位置的颜色编码的共聚焦拉曼图像。它显示了紧张的样本区域。

图1中更亮，更暗的区域提示样品高度的差异。在这种情况下，更亮的区域可以在最佳焦平面和焦点中的平面中的暗区域中躺在最佳焦平面和暗区中。为了检查这一点，沿着图1中标记为绿色的线进行深度扫描（20×5μm2; 200×50点）。结果可以在图2中看到的，其中综合强度首次显示第一阶SI峰。可以清楚地看出，强度源自大致相同的高度，并且只有非常小的信号源自激光划线结构的位置。另外可以注意到，更亮的区域位于结构旁边。这与图2中所示的结果一致。

为了共聚焦PL成像，特别选择了一个50 × NA 0.8物镜。这允许PL信号的最佳吞吐量(在1000-1250 nm的Si范围内)，同时在激发波长(532 nm)和PL峰之间显示最小的色差。用于短波红外探测的探测器是一种Andor iDus InGaAs DU491A-1.7摄像头．对激光刻写的结构进行共聚焦PL扫描(50 × 50 μm2, 100 × 100点，每个谱积分时间0.210 s)。图3a显示了Si PL信号的综合强度，图3b显示了PL频谱本身。这个光谱是在结构的正中央获得的。在此光谱中还可以看到激发波长在1064 nm处的二阶峰。由于硅是一种间接半导体，与砷化镓相比，PL效率极低。因此，只有一个高效的探测光束路径允许从衍射有限点测量PL信号，积分时间类似于拉曼成像所需的积分时间。

类似于先前看到的共聚焦拉曼图像（图1），信号的强度靠近结构较强。然而，已经示出了更精细的拟合模型还允许从PL信号中提取Si结构中的应力[4]。

参考文献

1. Gigler, Huber A. j .， Bauer M.， Ziegler A.， Hillenbrand R.， Stark R. w .(2009)，基于IR s-SNOM和共焦拉曼显微镜的SiC纳米压痕周围的纳米尺度残余应力场。Optics Express, 17, 22351-22357。
2. Wermelinger T.，Borgia C.，Solenthaler C.和Spolenak R.（2007），3-D拉曼光谱测量塑性变形蓝宝石晶体中残余应力场的对称性。Acta Materialia，55,4657-4665。
3. 张志强，张志强(2009)，硅材料的应力和缺陷发光特性研究。理论物理。身份:Solidi A, 207, 436-441。
4. die T.和hollrich O.(2008)，高分辨率、高速共焦拉曼成像。振动光谱48;月22 - 27日