具体测试对象:
半导体衬底及外延片(InP、GaN、SiC等)
介质薄膜(SiO₂、SiNx、Al₂O₃、HfO₂等)、非晶硅/多晶硅薄膜
硅化物薄膜、二维材料薄膜、SiGe/Si应变层、离子注入或辐照改性半导体材料等
原理:以迈克尔逊干涉仪将宽谱红外光源分为两束并引入光程差后重新合束,形成干涉图,经傅里叶变换得到红外吸收或透射光谱。样品特征振动吸收峰对应化学键或晶格声子模式,峰位反映化学键类型及键合环境。
作用:定性鉴别半导体中的杂质、缺陷及化学键合状态。可由间隙氧与替位碳的特征峰定量分析Si片杂质浓度;表征非晶硅薄膜氢含量与成键构型;鉴别介质薄膜的化学计量比;评估离子注入损伤退火恢复程度;为工艺洁净度监控及薄膜质量评价提供非破坏性分析手段。
透射模式要求样品红外透过性良好,双面抛光且厚度适配。反射模式要求表面为镜面。ATR模式要求样品与晶体紧密接触。待测薄膜须衬底无红外强吸收干扰,高阻Si衬底在中红外区常用。样品须充分干燥,避免水汽吸收掩盖目标峰。测量环境需干燥气氛或氮气吹扫以抑制CO₂和水汽干扰。
3.1样品与ATR晶体接触压力不一致。
ATR模式通过晶体与样品间的倏逝波探测表面,接触压力变化导致穿透深度与有效光程改变,谱带绝对强度波动,重复装样间差异可达10%-20%,影响半定量分析的可靠性。须采用恒压夹具控制接触压力,或以谱带相对强度比替代绝对强度进行比对分析。
3.2薄膜厚度与吸收峰强度的非线性关系。
当薄膜厚度与红外波长可比时,干涉效应与吸收并存,吸收峰强度与厚度的简单线性关系不再成立,Beer-Lambert定律直接应用产生定量偏差。须采用多角度入射或光谱模拟拟合分离光学效应,或以厚度校准曲线进行修正。

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