碳化硅载流子浓度的拉曼光谱表征研究

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碳化硅(SiC)因具有高热导率和高化学稳定性等优良物理化学性质而受到广泛关注,在微电子行业有着广阔的应用前景。碳化硅外延层的质量对碳化硅元器件性能有着重要的影响,外延层的载流子浓度是制备过程中需要重点考虑的电学参数之一。因此,需要一种高效可靠的测试方法对碳化硅外延层的载流子浓度进行精确测量。拉曼光谱作为一种非接触式的光学测量手段,可以对碳化硅样品的电学性质和多层结构进行深入分析。基于共聚焦拉曼光谱的优良特性,本文开展的主要研究工作如下:(1)首先,基于拉曼光谱测试对纵向光学声子与等离子体激元耦合模(LOPC)和与Fano干涉密切相关的折叠横向声子模(FTA)的拉曼峰型进行了研究,理论分析了两种峰型随碳化硅载流子浓度升高而产生畸变的原理,为后续的表征实验提供理论支撑。(2)其次,对具有多层结构的4H-SiC样品深度结构进行了分析和研究。通过使用共聚焦显微拉曼光谱测试系统对4H-SiC样品进行了深度扫描测试。对比分析了LO模和LOPC模拉曼峰相对强度随焦平面深度的变化关系,明确了LO模和LOPC模对应的拉曼信号分别来自4H-SiC样品的外延层和重掺杂基底层。并且通过对LOPC模拉曼峰实验数据与理论强度公式进行拟合,确定了重掺杂基底层的载流子浓度范围为3.5×1018 cm-3至4.1×1018 cm-3。(3)然后,对4H-SiC样品的低载流子浓度外延层进行了分析和研究。通过使用紫外激光显微拉曼光谱测试系统,将拉曼光谱表征与光生载流子现象有机结合起来,成功检测了具有低载流子浓度外延层4H-SiC样品的载流子浓度数值,为低载流子浓度4H-SiC的电学性质检测提供了一种高效可靠的光谱检测方法。(4)最后,基于紫外激光显微拉曼光谱测试系统,研究分析了具有离子注入改性层的4H-SiC样品的电学性质及其缺陷分布。针对具有不同种类注入离子和注入剂量离子改性层的4H-SiC样品,通过在紫外激光照射条件下研究其LOPC模拉曼峰位的频移大小,定性判断了离子改性层对4H-SiC样品电学性质的影响。此外,结合SRIM程序对离子注入4H-SiC样品中的空位缺陷分布进行了模拟分析,明确了大量空位缺陷的存在会对4H-SiC的电学性质产生消极影响。
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