拉曼光谱是一项经过验证的技术，在分析半导体的基本特性方面，特别是在确定微电子器件的特性，因为基于SiGe的器件的性能大大依赖于GE含量，组成和应变的知识层。此外，半导体结构中的测量应变和合金组合物用于校准生长过程并控制这些材料的电气和光学特性。亚博网站下载
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
- 依赖于梁穿透和激光光斑尺寸的探测量
- 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亚博网站下载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（nm）中的渗透深度 |
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
就实验定义和仪器配置而言，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，使用参考频带可以改善峰值位置的确定。这还将能够消除外部参数等环境温度的效果，这可以影响被监视的拉曼峰的频率。
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，则可以在焦点处加热样品，导致温度诱导拉曼峰的偏移。因此，通常建议使用低激光功率，通常在亚MW水平处。
结果
可见拉曼光谱
在样品表征中使用488nm的氩激光线。在488nm处，来自SiGe层的拉曼信号由于上述穿透效应而主导光谱（图4）。光谱分析揭示了由于强度，不对称形状和这些线宽的较大宽度而精确地获得SiGe和床铺模式的位置。然而，可以更精确地利用更高的信噪比来更精确地获取SiGe和伽利带的位置。
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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,UV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
可以从可见的拉曼光谱获得SIESI和SIGE模式的SISI和SIGE模式的位置。以下公式将GE内容（x）与SISI声子峰位置Ω相关联SISI.对于宽松SiGe合金的厚层:
ωSISI.= 520.0 -68 x
对于更薄的层和x值接近0.3，公式将是:
ω如果= 520.2-62x等式1
ω锗硅= 400.5+14.2x
考虑应变ε，则公式为:
ωSISI.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电影。这些公式适用于可见激发拉曼光谱。
结论
结果清楚地证明了拉曼光谱在SiGe层和Si盖层中测定Ge馏分和菌株的能力，因为该技术允许在单个仪器上使用可见和UV激励线。
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