本發明專利技術涉及一種氫化硅薄膜彈性模量的判別方法，其特征是用拉曼光譜對所制備的氫化硅薄膜進行了微觀結構分析，用晶態比來表征薄膜晶態組分和非晶界面組分體系，由晶態比與彈性模量一一對應的關系，可以對彈性模量值進行判別。本發明專利技術方法操作簡便，對薄膜本身沒有任何破壞，沒有薄膜內應力的影響，在氫化硅薄膜器件化中有很大的應用前景。
【技術實現步驟摘要】
本專利技術涉及，更確切地說提供一種無損的氫 化硅薄膜彈性模量的測量方法，用激光拉曼普儀測試氫化硅薄膜的拉曼光譜，由拉曼光譜 計算薄膜的彈性模量，而對薄膜沒有任何損壞，屬于半導體薄膜材料領域。
技術介紹
硅薄膜材料廣泛應用于微機電系統(microelectromechanical system, MEMS), 分類有多種，按照薄膜中晶態成分所占的體積百分比(簡稱晶態比(crystalline volume fraction,用I。表示)可以依次分為非晶硅(amorphous silicon, a_Si :H)、微晶硅 (microcrystalline silicon, μ c_Si :H)、納米 ±(nanocrystalline silicon, nc-Si H)、多晶娃(polycrystalline, silicon, pc-Si :H)禾口單晶娃薄膜(crystalline silicon, c-Si)，根據薄膜中的氫原子含量，又習慣將非晶硅、微晶硅薄膜和納米硅薄膜統稱為氫化 硅薄膜；近年來，采用與半導體工藝相兼容的增強化學汽相淀積法(PECVD)制備的氫化 硅薄膜，由于獨特的優越性，在異質結二極管、太陽電池、薄膜晶體管、單電子晶體管等研 究中，引起了人們極大的興趣。早期研究發現納米硅薄膜的壓阻效應(piezoresistance effect)，壓力靈敏度系數比單晶硅薄膜的要高出6 8倍，這為研發高靈敏度微型超微壓 壓力傳感器以及位移傳感器等微納電子器件提供了條件，因此研究其彈性模量對薄膜器件 實用化開發很有意義。在微納系統設計及薄膜器件產業化中，半導體薄膜彈性模量是最重要的力學特征 之一，薄膜的彈性模量A是表征原子間結合力強弱的物理量，決定著器件的結構響應特性， 同時，準確測定材料的彈性常量，對于研究材料間原子的相互作用和相變都具有工程和理T^ 眉、ο目前常用的測試半導體薄膜彈性模量的方法是納米壓痕法，彈性模量 用 Oliver-Pharr 方法 貝Ij 出，但是這種方法最 大的缺點是薄膜須有一定的均勻的厚度，否則無法確定壓針的所使的力；力過大，針尖將壓 破薄膜，測試結果反映的是襯底的信息，而不是薄膜的力學特性，造成誤判；同樣，壓針所加 的力過小，不能滿足彈性變形的要求，利用彈性接觸理論誤差較大，測試結果不準，因此利 用納米壓痕儀測試氫化硅薄膜的彈性模量，有很大的局限性，尤其對于納米量級厚度的氫 化硅薄膜，操作起來極不方便。納米壓痕法測試氫化硅薄膜的彈性模量的另一大缺陷是必須對小樣品進行破壞 性測試，需要對薄膜壓坑；而對于氫化硅薄膜器件而言，更多的是需要對薄膜進行原位無損 測試，當對薄膜破壞后，薄膜內應力的影響無法考察，氫化硅薄膜由PECVD在低溫下淀積而 成，膜與膜之間的應力直接影響了結構的物理，機械力學等性能。基于以上的缺點，本專利技術提供一種利用拉曼散射譜來判別氫化硅薄膜彈性模量的方法，此方法操作簡便，準確度高，更關鍵的是對薄膜本身沒有任何破壞，可以進行原位測 試和薄膜應力的監控等。
技術實現思路
基于上面所述的基于納米壓痕儀測試氫化硅薄膜彈性模量的缺點，本專利技術的目的 在于提供。本專利技術采用所制備的氫化硅薄膜的拉曼光譜，由拉曼光譜擬合出薄膜晶態百分 比，再由薄膜的晶態百分比來判別彈性模量。對微結構的測量分析而言，拉曼光譜是有力的工具，尤其在硅納米相(或非晶相) 中，結構序的量變性直觀地給出了原子結構環境的多重性，拉曼光譜為揭示這一多重性提 供了更深層次的表現。如附圖說明圖1所示的是單晶硅襯底和玻璃襯底上的非晶硅薄膜的拉曼光譜，由于在非晶 態材料中聲子不遵從準動量守恒定則，造成峰的形狀變寬，具有相應波矢的聲子不能在整 個材料中傳播，已經不再是原有晶態材料中的聲子了，稱為類光學模和類聲學模，即類TO 模(TO-like mode)峰位位于 475士 IOcnT1，類 LO 模(LO-like mode)峰位位于 380士20 cnT1， 類 LA 模(LA-like mode)峰位位于 300士 10 cnT1，類 TA 模(TA-like mode)峰位位于 150士5 cm—1。一般類LO模難以出現，只有達到一定晶化程度后才能顯示類LO譜峰，如圖2所示為 微晶硅薄膜的拉曼光譜。納米硅薄膜是由晶態組分和非晶界面組分兩部分組成，晶態組分由晶粒中原子組 成，非晶界面是由處于各晶粒之間的非晶界面中所有原子組成，拉曼光譜中晶態組分的類 TO模主峰位于520CHT1附近和非晶界面組分的類TO模主峰位于480CHT1附近同時存在，并 相互疊加而呈現出不對稱的形狀，利用這兩個峰的強度來估算薄膜中晶態組分在薄膜中占 有的體積比，即晶態比I。權利要求1.，其特征是由拉曼光譜擬合出氫化硅薄膜晶 態比，利用氫化硅薄膜的晶態比與彈性模量一一對應的關系，計算出氫化硅薄膜的晶態比 就能得到氫化硅薄膜的彈性模量。2.如權利要求1所述的，其特征是所述氫化硅 薄膜的晶態比與彈性模量一一對應的關系的是通過納米壓痕法測量不同晶態比的氫化硅 薄膜的彈性模量，得到不同晶態比與彈性模量的關系曲線。3.如權利要求1或2所述的，其特征是所述氫 化硅薄膜的晶態比全文摘要本專利技術涉及一種氫化硅薄膜彈性模量的判別方法，其特征是用拉曼光譜對所制備的氫化硅薄膜進行了微觀結構分析，用晶態比來表征薄膜晶態組分和非晶界面組分體系，由晶態比與彈性模量一一對應的關系，可以對彈性模量值進行判別。本專利技術方法操作簡便，對薄膜本身沒有任何破壞，沒有薄膜內應力的影響，在氫化硅薄膜器件化中有很大的應用前景。文檔編號G01N21/65GK102128819SQ201010569940公開日2011年7月20日 申請日期2010年12月2日 優先權日2010年12月2日專利技術者劉三利, 張進, 楊平, 王權, 邵盈 申請人:江蘇大學本文檔來自技高網...
【技術保護點】
１．一種氫化硅薄膜彈性模量的測量方法，其特征是：由拉曼光譜擬合出氫化硅薄膜晶態比，利用氫化硅薄膜的晶態比與彈性模量一一對應的關系，計算出氫化硅薄膜的晶態比就能得到氫化硅薄膜的彈性模量。
【技術特征摘要】
【專利技術屬性】
技術研發人員：王權，張進，劉三利，楊平，邵盈，
申請(專利權)人：江蘇大學，
類型：發明
國別省市：32
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