浙江大学半导体测试技术第四章3ppt课件

1、 3.2 3.2 外光路系统及样品安装外光路系统及样品安装 激光器之后到单色仪之前为外光路系统和试激光器之后到单色仪之前为外光路系统和试样安装，它的作用是为了要在试样上得到最有样安装，它的作用是为了要在试样上得到最有效的照射，最大限制地搜集散射光，还要适宜效的照射，最大限制地搜集散射光，还要适宜于作不同形状的试样在各种不同条件如高，于作不同形状的试样在各种不同条件如高，低温等下的测试。低温等下的测试。 由于喇曼散射的效率很低，试样安装要能以由于喇曼散射的效率很低，试样安装要能以最有效的方式照射样品和聚集散射光，它的光学最有效的方式照射样品和聚集散射光，它的光学设计是非常重要的。通常采用聚焦激光

2、束照射到设计是非常重要的。通常采用聚焦激光束照射到试样上，以提高试样上的辐照度，产生喇曼散射试样上，以提高试样上的辐照度，产生喇曼散射。普通用透镜。普通用透镜L1L1聚焦激光束，使其最集中的区域聚焦激光束，使其最集中的区域束腰处直径可达束腰处直径可达10m10m照射到试样上，试样照射到试样上，试样上的辐照度大约可增大一千倍。如功率密度太高上的辐照度大约可增大一千倍。如功率密度太高会损坏样品时，那么不用透镜。透镜会损坏样品时，那么不用透镜。透镜L2L2把样品上把样品上被激光束照明的焦柱部分准确地成象在单色仪的被激光束照明的焦柱部分准确地成象在单色仪的入射入射狭缝上，以最正确的立体角聚集散射光，并

3、使之狭缝上，以最正确的立体角聚集散射光，并使之与单色仪的立体角相匹配。试样室内的凹面镜与单色仪的立体角相匹配。试样室内的凹面镜M1M1和和M2M2是用以提高散射强度的，是用以提高散射强度的，M1M1把透过试样的激把透过试样的激光束反射回来多次经过试样，以加强激光对试样光束反射回来多次经过试样，以加强激光对试样的激发效率。对于透明试样照射光的强度增大五的激发效率。对于透明试样照射光的强度增大五倍以上。倍以上。M2M2那么把反方向的散射光搜集起来反射那么把反方向的散射光搜集起来反射回去。回去。以下图是天津港东的激光喇曼以下图是天津港东的激光喇曼/ /荧光光谱荧光光谱仪的外光路系统及样品安装。仪的外

4、光路系统及样品安装。 3.3 分光系统分光系统 分光系统是喇曼谱仪的中心部分，它的分光系统是喇曼谱仪的中心部分，它的主要作用是把散射光分光并减弱杂散光。分主要作用是把散射光分光并减弱杂散光。分光系统要求有高的分辨率和低的杂散光，普光系统要求有高的分辨率和低的杂散光，普通用双联单色仪。两个单色仪耦合起来，色通用双联单色仪。两个单色仪耦合起来，色散是相加的，可以得到较高的分辨率约散是相加的，可以得到较高的分辨率约1cm-1。为了进一步降低杂散光，有时再。为了进一步降低杂散光，有时再加一个联动的第三单色仪，此时分辨率提高加一个联动的第三单色仪，此时分辨率提高了，但谱线强度也相应减弱。了，但谱线强度也

5、相应减弱。3.4 探测，放大和记录系统探测，放大和记录系统 喇曼光谱仪的探测器为光电倍增管。用不喇曼光谱仪的探测器为光电倍增管。用不同波长的激发光，散射光在不同的光谱区，同波长的激发光，散射光在不同的光谱区，要选用适宜的光谱呼应的光电倍增管。为了要选用适宜的光谱呼应的光电倍增管。为了减少其暗电流降低噪声，以提高信噪比，需减少其暗电流降低噪声，以提高信噪比，需用致冷器冷却光电倍增管。用致冷器冷却光电倍增管。3.5 3.5 喇曼光谱实验中应留意的几个问题喇曼光谱实验中应留意的几个问题 在喇曼光谱实验中，为了得到高质量的谱图，在喇曼光谱实验中，为了得到高质量的谱图，除了选用性能优良的谱仪外，准确地运

6、用光谱仪，除了选用性能优良的谱仪外，准确地运用光谱仪，控制和提高仪器分辨率和信噪比是很重要的。控制和提高仪器分辨率和信噪比是很重要的。狭缝狭缝 出射入射和中间狭缝是喇曼光谱仪的重要部出射入射和中间狭缝是喇曼光谱仪的重要部分。入射、出射狭缝的主要功能是控制仪器分辨分。入射、出射狭缝的主要功能是控制仪器分辨率，中间狭缝主要是用来抑制杂散光。对于一个率，中间狭缝主要是用来抑制杂散光。对于一个光谱仪，即使用一绝对单色光照射狭缝，其出射光谱仪，即使用一绝对单色光照射狭缝，其出射光也总有一宽度为光也总有一宽度为的光谱分布。这主要是由的光谱分布。这主要是由仪器光栅，光学系统的象差，零件加工及系统调仪器光栅，

7、光学系统的象差，零件加工及系统调整等要素呵斥的，并由此决议了仪器的极限分辨整等要素呵斥的，并由此决议了仪器的极限分辨率。在实践丈量中，随着狭缝宽度加大，分辨率率。在实践丈量中，随着狭缝宽度加大，分辨率还要线性下降，使谱线展宽。还要线性下降，使谱线展宽。激发功率激发功率 提高激发光强度或添加缝宽可以提高信噪比，提高激发光强度或添加缝宽可以提高信噪比，但在进展低波数丈量时这样做经常会因添加了杂散但在进展低波数丈量时这样做经常会因添加了杂散光而适得其反。普通应首先尽量降低杂散光，例如光而适得其反。普通应首先尽量降低杂散光，例如，适当减小狭缝宽度，保证仪器光路准直等；然后，适当减小狭缝宽度，保证仪器光

8、路准直等；然后再思索用反复扫描，添加取样时间或计算机累加平再思索用反复扫描，添加取样时间或计算机累加平均等方法来消除激光器、光电倍增管及电子学系统均等方法来消除激光器、光电倍增管及电子学系统带来的噪声。带来的噪声。 激发波长激发波长 激光波长对杂散光及信噪比的影响非常显著，当激光波长对杂散光及信噪比的影响非常显著，当狭缝宽度不变时，用氩激光狭缝宽度不变时，用氩激光514.5nm比用比用488.0nm波长激发样品，杂散光要小一到二个数量级，并且波长激发样品，杂散光要小一到二个数量级，并且分辨率有所提高。这一方面是由于长波长激光对仪分辨率有所提高。这一方面是由于长波长激光对仪器内少量灰尘或试样中缺

9、陷的散射弱；另一方面由器内少量灰尘或试样中缺陷的散射弱；另一方面由于狭缝宽度一样时，不同波长的光由出射狭缝出射于狭缝宽度一样时，不同波长的光由出射狭缝出射时所包含的谱带宽度不一样。所以普通用长波长的时所包含的谱带宽度不一样。所以普通用长波长的激光谱线作为激发光，对获得高质量的谱图有利。激光谱线作为激发光，对获得高质量的谱图有利。伴随喇曼光谱出现的光背伴随喇曼光谱出现的光背景是一种难以抑制的噪声来源。强的噪声不单景是一种难以抑制的噪声来源。强的噪声不单会淹没弱的喇曼信号，而且由于光电倍增管的会淹没弱的喇曼信号，而且由于光电倍增管的发射噪声会随入射光的平方根添加，在非常强发射噪声会随入射光的平方根

10、添加，在非常强的荧光背景的情况下，将导致发射噪声的涨落的荧光背景的情况下，将导致发射噪声的涨落，从而破坏了所要丈量的光谱。降低荧光背景，从而破坏了所要丈量的光谱。降低荧光背景普通可采用纯化试样，长时间辐照试样，改动普通可采用纯化试样，长时间辐照试样，改动激发波长等方法。激发波长等方法。四四. 运用运用 改动激光波长可导致不同的吸收深度，因此可以做深度分析。改动激光波长可导致不同的吸收深度，因此可以做深度分析。 绝大多数半导体资料均可做绝大多数半导体资料均可做Raman Raman 丈量丈量 离子注入监控，损伤或构造缺陷离子注入监控，损伤或构造缺陷 均会引起峰位位移均会引起峰位位移 由非晶化导致

11、的谱线展宽，可用于明晰的区别单，多，非晶。由非晶化导致的谱线展宽，可用于明晰的区别单，多，非晶。 薄膜应力也会引起峰位位移。薄膜应力也会引起峰位位移。Ge导致的压应力呵斥Raman峰位移 4. 4. 椭偏法椭偏法 (ELLIPSOMETRY) (ELLIPSOMETRY) l引言l原理l仪器椭偏法是70年代以来随着电子计算机的广泛运用而开展起来的目前已有的丈量薄膜的最准确的方法之一。椭偏法丈量具有如下特点：能丈量很薄的膜1nm，且精度很高，比干涉法高1-2个数量级。是一种无损丈量，不用特别制备样品，也不损坏样品，比其它精细方法：如称重法、定量化学分析法简便。可同时丈量膜的厚度、折射率以及吸收系

12、数。因此可以作为分析工具运用。对一些外表构造、外表过程和外表反响相当敏感。是研讨外表物理的一种方法 椭偏法在半导体丈量中最有效的用途是丈量衬底上薄介电层的厚度,线宽,光学常数等椭偏法并不是直接丈量薄膜性质,而是丈量由样品的厚度和其他参数引发的光性质.在根本的椭偏法根底上添加了可变角和波长的功能.光的偏振态光的偏振态u将一束波长为的自然光经起偏器变成线偏振光，再经1/4波片使它变成椭圆偏振光入射到待测样品的膜面上，反射时，光的偏振形状振幅和相位的改动将发生变化，经过检测这种变化，便可推算出待测膜的厚度和折射率。 如下图。激光单色光经起偏器后变成线偏振光，线偏振光再经1/4波片后产生 的位相差，变

13、成椭圆偏振光。对一定厚度的某种薄膜，S分量和P分量之间出现相移之差，当入射光为椭圆偏振光时，总可以找到适宜的起偏角使经过薄膜以后反射光为线偏振光。薄膜激光光源起偏器 基底白屏目镜检偏器椭偏仪测试系统原理41玻片90由此可见，由起偏器的方位角P可确定偏振光的P分量和S分量的相移之差。经样品反射后由于S波与P波不存在位相差，可合成特定方向的线偏振光。它的偏振方向由S分量和P分量的反射系数和确定。 转动检偏器的方位角，当检偏器的方位角A与反射光线的偏振方向垂直时，光束不能经过，出现消光形状。 椭偏仪是集光、机、电于一体的仪器。椭偏仪主要由光源机构、起偏机构、检偏机构、接纳机构、主机机构和装卡机构共六

14、部分组成。(1) 光源机构：主要由功率0.8mW，波长为632.8nm 的氦氖激光器等组成(2) 起偏机构：主要由步进电机、偏振片机构、1/4 波片机构等组成，如图 所示。经过起偏机构，首先使入射到其上的自然光非偏振激光变成线偏振光出射，经过1/4 波片又使线偏振光变成椭圆偏振光波片位置出厂时已调理好，无须调理。起偏机构可测得起偏角。(3) 检偏机构：主要由步进电机、偏振片等组成，如下图，其构造方式与起偏机构类似，经过检偏机构可测出检偏角。(4) 接纳机构：主要由光电倍增管、支架、底板及检偏度盘副尺等组成，如下图。5主体机构：主要由大刻度盘、上回转托盘、下回转托盘及箱体等组成，如图所示。下回转托盘上固定有光源机构和起偏机构，可绕大刻度盘上的下悬立轴回转。上回转托盘上固定有