基于斜向背散射偏振拉曼光谱的{100}c-Si面内应力分析

发布时间：2021-03-11 00:08

　　复杂应力状态下应力分量的解耦分析对半导体的设计和制造具有重要意义。本文开展了方法学研究,首先建立了{100}晶面族单晶硅面内应力分量解耦分析模型,基于该模型,通过改变入射光和散射光的几何构型和偏振构型,可得到单晶硅拉曼频移与应力分量的解析关系。在此基础上,提出了一种利用斜向背散射偏振拉曼光谱在不同倾角、偏振方向和样品旋转角度下开展原位拉曼探测实现应力分量解耦分析的实用技术。本文通过实验验证了该方法的可靠性和适用性。 

【文章来源】：实验力学. 2020,35(02)北大核心

【文章页数】：7 页

【部分图文】：

自搭建斜向背散射显微拉曼光谱仪

在实验过程中,本文通过自行研制的横向围压的单向压力加载装置对样品进行步进加载,如图2(a)所示。图中,F为主加载力,沿样品的[100]晶向,其大小由力传感器给出;P为与F垂直的横向围压力,其大小无法直接测得。在验证实验中F以150N步长步进加载,P初始载荷为零(实际为可忽略的压力载荷以确保接触);在应用实验中,首先施加大小未知且不可忽略的预压力P,然后缓慢增加F至2650N。由此可知,无论是验证实验还是应用实验,样品在加载过程中的应力状态为双轴应力状态,如图2(b)。在每个加载状态下,以垂直偏振状态(入射光偏振方向与Y轴平行,散射光检偏方向与X轴平行)对样品表面上同一测点重复5次拉曼测量,单次测量曝光时间为3秒。2 实验表征模型

本文的实验表征模型是围绕斜向背散射偏振拉曼系统建立的。不失一般地,采用斜向背散射光路探测{100}晶面族单晶硅,其坐标系示意图如图3所示,[100]、[010]和[001]晶向构成晶体坐标系,测量坐标系X-Y-Z为笛卡尔坐标系,被测样品表面[100]晶向与X方向的夹角为α;Z方向平行于被测样品表面外法向(即[001]晶向);被测样品表面处于图3所示的平面应力状态,σθ和σθ′(σθ≥σθ′)是样品的主应力分量,主应力方向为θ和θ′,且θ′=θ+90°。在晶体坐标系中采用主应力σθ和σθ′表达的应力张量σ如式(1)所示:σ=[ σ 11 σ 12 σ 12 σ 22 0 ]=[ cosθ -sinθ 0 sinθ cosθ 0 0 0 1 ][ σ θ 0 0 0 σ θ ′ 0 0 0 0 ][ cosθ sinθ 0 -sinθ cosθ 0 0 0 1 ]?????? ??? (1)


本文编号：3075515