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碳化硅(SiC)晶体是重要的间接宽带隙半导体材料之一,具有优良的物理和化学特性,很早被证明是一种耐高温、高强度、耐磨损的应用材料,在许多领域具有重要的应用价值,已成为发展微电子和光电子技术的有重要价值的材料。然而,从SiC的晶体结构看,该晶体具有多种晶型,比较常见的晶型有:立方结构(3C)、六角结构(2H,4H,6H等)、菱形结构(15R,21R等)。SiC晶体的诸多特性,例如光学和电学特性,都与其晶型结构密切相关。目前主要的研究热点就是生产大尺寸的、高质量的SiC晶体,有效地控制晶型结构。因此,急需寻找一种简单有效的方法对SiC晶体的晶型、生长质量进行分析,对SiC晶体的生长、器件制作和应用具有十分重要的意义。拉曼散射是一种无损伤的测试方法,无需对样品进行专门处理,具有方便快捷的特点,对样品的结构和缺陷十分敏感。拉曼光谱在材料的结构分析中具有非常重要的地位。
本文利用显微拉曼光谱对SiC的晶体结构进行了分析,获得了不同晶型的一阶和二阶拉曼光谱,对所得结果进行了分析和归属,并进一步研究了晶体杂质对一阶和二阶拉曼光谱的影响,重点分析了纵光学声子与等离子体激元耦合模(LOPC)模和短程堆垛层错结构。研究结果表明:SiC的一阶和二阶拉曼光谱都能反映其晶体结构,二阶拉曼谱由相应的一阶拉曼谱的二倍频和组合模构成。通过分析含有杂质的4H、6H、15R-SiC一阶拉曼谱,发现杂质浓度越高,一阶谱的LOPC的谱形展宽越大、蓝移越大、散射强度越弱,可以利用这一规律快捷地判定晶体中杂质浓度的大小;晶体中包含的短程堆垛层错结构杂质造成了横声学模峰宽的展宽。通过分析含有杂质的4H-SiC的二阶拉曼谱,发现杂质对于4H-SiC的二阶拉曼谱几乎没有影响。