一种用光谱学标定SiC单晶载流子浓度的方法技术

本发明专利技术涉及半导体载流子浓度测量技术领域，具体涉及一种用光谱学标定SiC单晶载流子浓度的方法。本发明专利技术分别使用拉曼光谱与红外反射光谱两种光谱学方法测定了不同掺杂类型的4H

【技术实现步骤摘要】
一种用光谱学标定SiC单晶载流子浓度的方法


[0001]本专利技术涉及半导体载流子浓度测量
，具体涉及一种用光谱学标定SiC单晶载流子浓度的方法。

技术介绍

[0002]4H
‑
SiC作为第三代半导体，具有非常优越的性能，其带隙宽度为3.23eV,击穿电场为2.5
×
108V
·
m
‑1，电子饱和速度为2.0
×
107cm
·
s
‑1，熔点为2100℃，电子迁移率为1140cm2·
V
‑1·
s
‑1。由于其优良的性能，4H
‑
SiC可用于制备具有高工作温度、高工作频率、高强度以及高抗辐射性的电子器件。4H
‑
SiC电子器件广泛应用于电动汽车、电网、光伏逆变器等。到目前为止，半绝缘4H
‑
SiC被认为是高压光电导开关的候选半导体材料。
[0003]在制备电子器件时，需要生长不同导电类型的4H
‑
SiC，同时在生产过程中进行实时检测，因此，无损测试材料的电学性能对提高产出和效率尤其重要。与广泛使用的霍尔测量相比，光谱方法不需要制备欧姆电极，具有非接触式和无损坏的优点。所以，对于功率电子器件检测来说，对4H
‑
SiC电子参数的实时测量，光谱法相比电学方法更适用。

技术实现思路

[0004]为了克服上述现有技术的不足，本专利技术提供一种用光谱学标定4H
‑r/>SiC单晶载流子浓度的方法，分别使用拉曼光谱与红外反射光谱两种光谱学方法测定了不同掺杂类型的4H
‑
SiC单晶的载流子浓度，获得的结果均与霍尔测量结果一致。
[0005]为了实现上述目的，本专利技术所采用的技术方案是：
[0006]本专利技术提供了一种用光谱学标定4H
‑
SiC单晶载流子浓度的方法，先测量4H
‑
SiC单晶的红外反射光谱，采样区间为500
‑
1300cm
‑1，通过反射率和介电函数之间的关系建立模型拟合出4H
‑
SiC单晶的载流子浓度。
[0007]优选地，所述红外反射光谱使用如下方程拟合，该方程由考虑声子和等离激元项的经典介电函数和光在垂直入射时的界面反射率公式(这里R表示界面反射率，ω表示波数)推导而来：
[0008][0009]其中，ε
r
(ω)为相对介电函数：
[0010][0011]其中Γ、ω
p
、γ
p
分别是光学声子模的阻尼系数，等离子激元频率及其阻尼系数，ω
TO
为横向光学声子频率，ω
LO
为纵向光学声子频率，ε
r∞
为相对高频介电常数，注意红外光谱测得的是4H
‑
SiC的面内E1振动模式。得到ω
p
后，用公式计算出载流子浓度n。
[0012]本专利技术还提供一种用光谱学标定4H
‑
SiC单晶载流子浓度的方法，先测量4H
‑
SiC单
晶的拉曼光谱，根据LO声子
‑
等离激元耦合模(LOPC)的拉曼曲线拟合方程后得到了载流子浓度。
[0013]优选地结合LOPC模式的拉曼强度公式和考虑声子和等离激元项的经典介电函数可得拟合方程(这里I表示拉曼散射强度，ω表示波数)：
[0014][0015]其中，S为待定参数，
[0016]其中，A(ω)为
[0017][0018]其中，δ为
[0019][0020]其中，ε
r
(ω)为相对介电函数：
[0021][0022]其中，C是Faust
–
Henry系数，Γ、ω
p
、γ
p
分别是光学声子模的阻尼系数，等离子激元频率及其阻尼系数，ω
TO
为横向光学声子频率，ω
LO
为纵向光学声子频率，ε
r∞
为相对高频介电常数，注意拉曼光谱测的是4H
‑
SiC中的面外A1振动模式。拟合得到ω
p
后，用公式计算出载流子浓度n。
[0023]优选地，所述拉曼光谱数据中LO声子
‑
等离子体耦合峰的峰强度、峰位偏移和半高宽值用于表征4H
‑
SiC单晶的自由载流子浓度。
[0024]与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：
[0025]本专利技术用拉曼光谱和红外反射光谱测量了具有不同载流子浓度的4H
‑
SiC单晶。在拉曼光谱分析中，LOPC模式的线形通过拉曼强度关系拟合后得到了载流子浓度。另外，本专利技术也通过反射率和介电函数之间的关系从红外反射光谱中提取出了载流子浓度。将拉曼光谱和红外反射光谱的结果与霍尔测量的结果进行比较后，发现这三种方式获得的载流子浓度非常吻合,这表明了LOPC的拉曼光谱和红外反射谱可以作为一种有效的非接触性和非破坏性、且具有工业推广前景的4H
‑
SiC材料电学性能在线实时测量方法。得到载流子浓度后，本专利技术通过拟合不同载流子浓度4H
‑
SiC单晶的吸收系数，研究了导电4H
‑
SiC中自由载流子对中红外光谱的吸收机制。
附图说明
[0026]图1为半绝缘4H
‑
SiC晶片和n型掺杂4H
‑
SiC晶片在500
‑
1300cm
‑1范围的红外反射光谱；
[0027]图2为半绝缘4H
‑
SiC晶片和n型掺杂4H
‑
SiC晶片的拉曼光谱；
[0028]图3为n型掺杂4H
‑
SiC晶片的吸收系数拟合曲线；
[0029]图4为n型掺杂4H
‑
SiC晶片的红外反射光谱和拉曼光谱。
具体实施方式
[0030]下面对本专利技术的具体实施方式作进一步说明。在此需要说明的是，对于这些实施方式的说明用于帮助理解本专利技术，但并不构成对本专利技术的限定。此外，下面所描述的本专利技术各个实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
[0031]下述实施例中的实验方法，如无特殊说明，均为常规方法，下述实施例中所用的试验材料，如无特殊说明，均为可通过常规的商业途径购买得到的。
[0032]实施例1红外反射光谱分析
[0033]实验样品为半绝缘4H
‑
SiC单晶和n型掺杂4H
‑
SiC单晶各一片。实验均在室温下进行，使用傅里叶变换红外光谱仪(岛津IRAffinity
‑
1)测量2500
‑
25000nm中红外范围透反射光谱并使用金镜进行背景扫描。
[0034]图本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用光谱学标定4H
‑
SiC单晶载流子浓度的方法，其特征在于，先测量4H
‑
SiC单晶的红外反射光谱，采样区间为500
‑
1300cm
‑1，通过反射率和介电函数之间的关系建立模型拟合出4H
‑
SiC单晶的载流子浓度。2.根据权利要求1所述的一种用光谱学标定4H
‑
SiC单晶载流子浓度的方法，其特征在于，所述红外反射光谱使用如下方程拟合，该方程由考虑声子和等离激元项的经典介电函数和光在垂直入射时的界面反射率公式推导而来：其中R表示界面反射率，ω表示波数，其中，ε
r
(ω)为相对介电函数：其中Γ、ω
p
、γ
p
分别是光学声子模的阻尼系数，等离子激元频率及其阻尼系数，ω
TO
为横向光学声子频率，ω
LO
为纵向光学声子频率，ε
r∞
为相对高频介电常数，注意红外光谱测得的是4H
‑
SiC的面内E1振动模式。得到ω
p
后，用公式计算出载流子浓度n。3.一种用光谱学标定4H
‑
SiC单晶载流子浓度的方法，其特征在于，先测量4H
‑
SiC单晶的拉曼光谱，根据LO声子<...

【专利技术属性】
技术研发人员：郑伟，
申请(专利权)人：中山大学，
类型：发明
国别省市：