CN110333221B - {110}晶面平面应力分量测量方法及系统 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种{110}晶面平面应力分量测量方法及系统，涉及应力测量技术领域，该方法包括在待测{110}晶面上建立样品坐标系；该样品坐标系的X轴和Y轴方向为待测{110}晶面内的正交方向，Z轴方向为外法向；将入射光沿Z轴方向的反方向聚焦到待测{110}晶面上，控制几何偏振配置使入射光和散射光均为偏振光，并背向采集拉曼光谱信息；构建该拉曼光谱信息中拉曼频移增量与待测{110}晶面应力分量之间的关系式；求解该关系式得到该应力分量。本发明实施例提供的{110}晶面平面应力分量测量方法，可以准确测量金刚石型半导体材料的{110}晶面在任意平面应力状态下的各应力分量，操作简单，空间分辨率高。

Description

{110}晶面平面应力分量测量方法及系统
技术领域
本发明涉及应力测量技术领域，尤其是涉及一种{110}晶面平面应力分量测量方法及系统。
背景技术
目前，传统实验力学手段难以实现微米尺度的应力分量测量，特别是切应力分量测量。因此，开展任意平面应力状态下微、纳尺度应力分量精细测量研究成为该领域发展的迫切需求，具有重要的科学意义与应用背景。
拉曼测量技术作为近些年发展起来的一种微尺度实验力学手段，它通过测量被测物体变形前后的拉曼光谱中特征峰频移位置的变化，并利用相应材料的应变-频移解析关系，实现对应变、应力等力学参量的测量和表征，具有无损非接触、微米级空间分辨率、对本征和非本征应力都敏感等特点。
但是，现有的拉曼力学关系都是基于简单应力状态(单轴或者等双轴应力状态)给出的，忽略了切应力对拉曼频移的影响。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种{110}晶面平面应力分量测量方法及系统，可准确测量金刚石型半导体材料的{110}晶面在任意平面应力状态下的各应力分量(包括正应力和切应力)，并且操作简单，空间分辨率高。
第一方面，本发明实施例提供了一种{110}晶面平面应力分量测量方法，包括：在待测{110}晶面上建立样品坐标系；该样品坐标系为空间直角坐标系，该样品坐标系的X轴方向和Y轴方向为待测{110}晶面内的正交方向，Z轴方向为外法向；通过偏振显微拉曼光谱系统将入射光沿Z轴方向的反方向聚焦到待测{110}晶面上，控制几何偏振配置使入射光和散射光均为偏振光，并背向采集拉曼光谱信息；构建该拉曼光谱信息中拉曼频移增量与待测{110}晶面应力分量之间的关系式；该应力分量包括：X轴方向正应力分量、Y轴方向正应力分量，以及待测{110}晶面上垂直于X轴方向并指向Y轴方向的切应力分量；求解该关系式得到该应力分量。
结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第一种可能的实施方式，其中，拉曼频移增量与待测{110}晶面应力分量之间的关系式为：
Figure BDA0002130275030000021
其中，入射光和散射光均为线偏振光，
Figure BDA0002130275030000022
θ分别为入射光偏振方向和散射光偏振方向与X轴方向的夹角，取为偏振角度；
Figure BDA0002130275030000023
表示偏振角度为
Figure BDA0002130275030000024
组合时所采集的拉曼光谱的频移相对于其无应力状态时的增量；σx为X轴方向正应力分量，σy为Y轴方向正应力分量，τxy为切应力分量；
Figure BDA0002130275030000025
分别代表偏振角度组合为
Figure BDA0002130275030000026
时σx、σy和τxy与拉曼频移增量之间线性关系的常数因子。
结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第二种可能的实施方式，其中，上述求解该关系式得到该应力分量的步骤，包括：选取待测{110}晶面上任一测点的三个不同的偏振角度组合，得到该测点对应拉曼频移增量与该待测{110}晶面应力分量之间三个相互独立的关系式，并以该三个相互独立的关系式构建方程组；求解该方程组，得到由该测点的三个不同偏振角度组合下拉曼频移表达的应力分量关系式方程组；将该测点的三个不同偏振角度组合下测得的拉曼频移增量代入该应力分量关系式方程组以求解得到该应力分量。
结合第一方面的第二种可能的实施方式，本发明实施例提供了第一方面的第三种可能的实施方式，其中，该三个不同的偏振角度组合分别为(0°,90°)、(30°,120°)和(45°,135°)，该应力分量关系式方程组为：
Figure BDA0002130275030000031
结合第一方面的第三种可能的实施方式，本发明实施例提供了第一方面的第四种可能的实施方式，其中，当该待测{110}晶面为单晶硅的{110}晶面时，设置该样品坐标系的坐标为X＝[-1 1 0]，Y＝[001]，Z＝[110]，得到对应的应力分量关系式方程组为：
Figure BDA0002130275030000032
其中，应力分量的单位为GPa。
结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第五种可能的实施方式，其中，该待测{110}晶面为金刚石型半导体材料的{110}晶面。
结合第一方面的第五种可能的实施方式，本发明实施例提供了第一方面的第六种可能的实施方式，其中，该金刚石型半导体材料为硅、锗和硅锗合金中的一种。
第二方面，本发明实施例还提供了一种{110}晶面平面应力分量测量系统，包括：样品坐标系建立模块，用于在待测{110}晶面上建立样品坐标系；该样品坐标系为空间直角坐标系，该样品坐标系的X轴方向和Y轴方向为待测{110}晶面内的正交方向，Z轴方向为外法向；拉曼光谱信息采集模块，用于通过偏振显微拉曼光谱系统将入射光沿Z轴方向的反方向聚焦到待测{110}晶面上，控制偏振几何配置使入射光和散射光均为偏振光，并背向采集拉曼光谱信息；关系式构建模块，用于构建拉曼光谱信息中拉曼频移增量与待测{110}晶面应力分量之间的关系式；该应力分量包括：X轴方向正应力分量、Y轴方向正应力分量，以及待测{110}晶面上垂直于X轴方向并指向Y轴方向的切应力分量；应力分量计算模块，用于求解该关系式得到应力分量。
结合第二方面，本发明实施例还提供了第二方面的第一种可能的实施方式，其中，关系式构建模块包括：方程组构建单元，用于选取待测{110}晶面上任一测点的三个不同的偏振角度组合，得到该测点对应的拉曼频移增量与该待测{110}晶面应力分量之间的三个相互独立的关系式，并以该三个相互独立的关系式构建方程组；应力分量表达单元，求解该方程组，得到由该测点的三个不同偏振组合下拉曼频移表达的待测{110}晶面应力分量关系式方程组。
本发明实施例带来了以下有益效果：
本发明实施例提供的一种{110}晶面平面应力分量测量方法及系统，该方法包括在待测{110}晶面上建立样品坐标系；该样品坐标系为空间直角坐标系，该样品坐标系的X轴方向和Y轴方向为待测{110}晶面内的正交方向，Z轴方向为外法向；通过偏振显微拉曼光谱系统将入射光沿Z轴方向的反方向聚焦到待测{110}晶面上，控制偏振几何配置使入射光和散射光均为偏振光，并背向采集拉曼光谱信息；构建该拉曼光谱信息中拉曼频移增量与待测{110}晶面应力分量之间的关系式；该应力分量包括：X轴方向正应力分量、Y轴方向正应力分量，以及待测{110}晶面上垂直于X轴方向并指向Y轴方向的切应力分量；求解该关系式得到该应力分量。本发明实施例提供的{110}晶面平面应力分量测量方法，基于偏振显微拉曼光谱系统能够直接测量金刚石型半导体结构{110}晶面任意平面应力状态下各应力分量，同时基于区域扫描模式，能够给出各应力分量区域分布，从而解决了半导体领域对于材料内部应力精细测量的需求，该方法操作简单，空间分辨率高。
本公开的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，或者，部分特征和优点可以从说明书推知或毫无疑义地确定，或者通过实施本公开的上述技术即可得知。
为使本公开的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例提供的一种{110}晶面平面应力分量测量方法的流程图；
图2为本发明实施例提供的一种{110}晶面样品坐标系及入射光和散射光偏振角度示意图；
图3为本发明实施例提供的一种{110}晶面平面应力分量测量系统的结构示意图；
图4为本发明实施例提供的另一种{110}晶面平面应力分量测量系统的结构示意图。
图标：
31-样品坐标系建立模块；32-拉曼光谱信息采集模块；33-关系式构建模块；34-应力分量计算模块；40-处理器；41-存储器；42-总线；43-通信接口；400-{110}晶面平面应力分量测量系统。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
近年来，微电子技术、MEMS技术和大数据技术的进步推动了物联网、智能电子等产业的飞速发展。其中，以金刚石结构为代表的半导体体系仍然是微电子技术、MEMS技术的核心材料。微电子器件制造工艺复杂，其在制造过程中难以避免地会引入了不同程度的残余应力。
随着微电子器件的不断发展，其工艺尺寸不断减小，运行速度不断提高，然而工艺尺寸极限限制了其继续朝着高集成度和强大功能的方向发展。人们发现在半导体材料中引入应变能够改变它原有的带隙结构，提高载流子的迁移率，增强半导体结构的光电性能，延续半导体的发展，即所谓的应变工程。
面对几何尺寸小、应力状态复杂的金刚石型半导体材料，残余应力不仅影响材料的强度、稳定性，同时与器件的物理性能相关。如何准确地测量并精细地表征微尺度的残余应力分量已经成为信息、材料与力学领域共同关注的新问题。
目前，拉曼光谱测量技术可以实现对应变、应力等力学参量的测量和表征，但现有的拉曼力学关系都是基于简单应力状态给出的，忽略了切应力对拉曼频移的影响。基于此，本发明实施例提供的一种{110}晶面平面应力分量测量方法及系统，可以更准确测量金刚石型半导体材料的{110}晶面在任意平面应力状态下的各应力分量(包括正应力和切应力)，并且操作简单，空间分辨率高。
为便于对本实施例进行理解，首先对本发明实施例所公开的一种{110}晶面平面应力分量测量方法进行详细介绍。
实施例一：
参见图1，为本发明实施例提供的一种{110}晶面平面应力分量测量方法的流程图，由图1可见，该方法包括以下步骤：
步骤S102：在待测{110}晶面上建立样品坐标系；该样品坐标系为空间直角坐标系，该样品坐标系的X轴方向和Y轴方向为待测{110}晶面内的正交方向，Z轴方向为外法向。
在本实施例中，该待测{110}晶面为金刚石型半导体材料的{110}晶面。并且，该金刚石型半导体材料可以为硅、锗和硅锗合金中的一种。其中，晶体在自发生长过程中可发育出由不同取向的平面所组成的多面体外形，这些多面体外形中的平面称为晶面，通常，晶面以米勒指数进行表示，也即用晶面(或者平面点阵)在三个晶轴上的截距的倒数的互质整数比来标记，这里，{110}晶面即为其中的一类晶面族。
在该应力测量方法中，以待测{110}晶面作为被测表面，首先在其上建立样品坐标系，其中，该样品坐标系为空间直角坐标系，并且该样品坐标系的X轴方向和Y轴方向为待测{110}晶面内的正交方向，Z轴方向则为外法向。
参见图2，为一种{110}晶面样品坐标系及入射光和散射光偏振角度示意图，其中，在晶体坐标系X1X2X3中建立了样品坐标系X’1X’2X’3，图2中示出的阴影面即为待测{110}晶面，由图2可见，入射光偏振向量ei与散射光偏振向量es和X轴正向的夹角分别为
Figure BDA0002130275030000071
和θ。
步骤S104：通过偏振显微拉曼光谱系统将入射光沿Z轴方向的反方向聚焦到待测{110}晶面上，控制几何偏振配置使入射光和散射光均为偏振光，并背向采集拉曼光谱信息。
接着，利用偏振显微拉曼光谱系统将入射光沿Z轴方向的反方向聚焦到待测{110}晶面上，在其中一种实施方式中，该入射光可以是532nm激光。控制入射光偏振方向和散射光偏振方向，并采用背向接收的方式采集拉曼光谱信息。其中，该偏振显微拉曼光谱系统可以选择RenishawinVia共焦拉曼光谱仪或者WiTec显微拉曼光谱仪系统等。
步骤S106：构建该拉曼光谱信息中拉曼频移增量与待测{110}晶面应力分量之间的关系式；该应力分量包括：X轴方向正应力分量、Y轴方向正应力分量，以及待测{110}晶面上垂直于X轴方向并指向Y轴方向的切应力分量。
这里，拉曼频移增量为某一偏振角度组合下所采集的拉曼光谱的频移相对于其无应力状态时的增量。并且，待测{110}晶面的应力分量包括三个方向的应力分量，分别为X轴方向正应力分量、Y轴方向正应力分量，以及待测{110}晶面上垂直于X轴方向并指向Y轴方向的切应力分量。
在本实施例中，拉曼频移增量与待测{110}晶面应力分量之间的关系式为：
Figure BDA0002130275030000081
其中，入射光和散射光均为线偏振光，
Figure BDA0002130275030000082
θ分别为入射光偏振方向和散射光偏振方向与X轴方向的夹角，取
Figure BDA0002130275030000083
为偏振角度组合；
Figure BDA0002130275030000084
表示偏振角度组合为
Figure BDA0002130275030000085
时所采集的拉曼光谱的频移相对于其无应力状态时的增量；σx为X轴方向正应力分量，σy为Y轴方向正应力分量，τxy为切应力分量；
Figure BDA0002130275030000086
分别代表偏振角度组合为
Figure BDA0002130275030000087
时σx、σy和τxy与拉曼频移增量之间线性关系的常数因子。
这样，便建立起拉曼频移增量与待测{110}晶面应力分量之间的关联式，提供了通过拉曼频移增量求取应力分量的通道。
步骤S108：求解该关系式得到该应力分量。
在建立了拉曼频移增量与待测{110}晶面应力分量之间的关系式之后，即可求解应力分量的值。这里，在至少一种可能的实施方式中，可以通过设置偏振显微拉曼光谱系统使得入射光和散射光的偏振角度改变，获得不同偏振角度组合下的拉曼光谱频移信息。先后选取待测{110}晶面上任一测点的三个不同的偏振角度组合，以得到该测点对应的拉曼频移增量与待测{110}晶面应力分量之间的三个相互独立的关系式，然后，以这三个相互独立的关系式构建方程组，求解该方程组得到由该测点的三个不同偏振组合下拉曼频移表达的应力分量关系式方程组，并且，将该测点的三个不同偏振角度组合下测得的拉曼频移增量代入应力分量关系式方程组以求解得到上述三个应力分量。
例如，可以给定三个不同的偏振角度组合分别为
Figure BDA0002130275030000091
和
Figure BDA0002130275030000092
Figure BDA0002130275030000093
得出三个由拉曼频移增量
Figure BDA0002130275030000094
和
Figure BDA0002130275030000095
与待测{110}晶面应力分量σx、σy和τxy之间的关系式所构成的三元一次方程组；将偏振角度组合分别为
Figure BDA0002130275030000096
和
Figure BDA0002130275030000097
时由偏振显微拉曼光谱系统测量得到的频移增量
Figure BDA0002130275030000098
和
Figure BDA0002130275030000099
代入上述三元一次应力分量关系式方程组，即可求解得出应力分量σx、σy和τxy。
在其中一种优选的实施方式中，选取三个不同的偏振角度组合分别为(0°,90°)、(30°,120°)和(45°,135°)，并得到相应的应力分量关系式方程组为：
Figure BDA00021302750300000910
其中，a(0,90)、b(0,90)、c(0,90)分别表示偏振角度组合为(0°,90°)时的X轴方向正应力分量、Y轴方向正应力分量、切应力分量分别与拉曼频移增量之间线性关系的常数因子的常数因子，Δω(0,90)表示偏振角度组合为(0°,90°)时测量得到的频移增量。同理，上式中a(30,120)、Δω(30,120)等参量表示相应偏振角度组合时的常数因子和频移增量。这样，再将同一测点偏振角度组合为(0°,90°)、(30°,120°)和(45°,135°)时由偏振显微拉曼光谱系统测量得到的频移增量代入上述三元一次方程组，即可求解得出应力分量σx、σy和τxy。
这样，基于偏振显微拉曼光谱系统，通过构建拉曼频移增量与待测{110}晶面应力分量之间的关系，能够直接测量金刚石型半导体结构{110}晶面任意平面应力状态下各应力分量，同时基于区域扫描模式，能够给出各应力分量区域分布，从而解决了半导体领域对于材料内部应力精细测量的需求。
本发明实施例提供的一种{110}晶面平面应力分量测量方法，该方法包括在待测{110}晶面上建立样品坐标系；该样品坐标系为空间直角坐标系，该样品坐标系的X轴方向和Y轴方向为待测{110}晶面内的正交方向，Z轴方向为外法向；通过偏振显微拉曼光谱系统将入射光沿Z轴方向的反方向聚焦到待测{110}晶面上，控制偏振几何配置使入射光和散射光均为偏振光，并背向采集拉曼光谱信息；构建该拉曼光谱信息中拉曼频移增量与待测{110}晶面应力分量之间的关系式；该应力分量包括：X轴方向正应力分量、Y轴方向正应力分量，以及待测{110}晶面上垂直于X轴方向并指向Y轴方向的切应力分量；求解该关系式得到该应力分量。该方法可以更准确测量金刚石型半导体材料的{110}晶面在任意平面应力状态下的各应力分量(包括正应力和切应力)，并且操作更简单，空间分辨率更高。
实施例二：
为了更好理解上述实施例一中的{110}晶面平面应力分量测量方法，本发明实施例二以金刚石型晶体材料中的单晶硅为例，对单晶硅的{110}晶面平面应力分量测量进行了说明。其测量步骤如下：
第一步，样品准备。选取单晶硅样品中的{110}晶面为被测表面，建立样品坐标系为：X＝[-1 1 0]，Y＝[001]，Z＝[110]。
第二步，实验系统准备。设置偏振显微拉曼光谱系统的偏振配置，使得入射光和散射光的偏振角度垂直，这里，采用532nm激光作为入射光。
第三步，确定方程组。取偏振角度组合
Figure BDA0002130275030000101
分别为(0°,90°)、(30°,120°)和(45°,135°)，代入上述公式(1)，得到对应的拉曼频移增量与待测{110}晶面应力分量之间的三个关系式，并且以这三个关系式构建应力分量测量的三元一次方程组为：
Figure BDA0002130275030000111
其中，应力分量的单位为GPa。
第四步，正式测量。对被测表面不同测点开展背向采集的拉曼测量，其中同一测点分别在偏振角度组合为(0°,90°)、(30°,120°)和(45°,135°)时进行测量，得到频移增量信息，如表1所示。将上述同一测点不同偏振角度组合下的频移增量信息带入第三步中的三元一次方程组，求得被测表面不同测点各自的应力分量大小，结果如表2所示。
表1频移增量信息统计表
Figure BDA0002130275030000112
表2应力分量计算结果
Figure BDA0002130275030000113
本发明实施例提供的{110}晶面平面应力分量测量方法，突破传统应力测量的弊端，可实现全场应力分量分布测量，更符合实际工程应用。与传统应力测量方法相比，该方法具有非接触与高空间分辨率等优点，可实现应力分量的直接测量，此外还具有实验准备、实验操作与数据处理简单的优点。
实施例三：
本发明实施例还提供了一种{110}晶面平面应力分量测量系统，参见图3，为该系统的结构示意图，由图3可见，该系统包括依次相连的样品坐标系建立模块31、拉曼光谱信息采集模块32、关系式构建模块33和应力分量计算模块34。其中，各个模块的功能如下：
样品坐标系建立模块31，用于在待测{110}晶面上建立样品坐标系；该样品坐标系为空间直角坐标系，该样品坐标系的X轴方向和Y轴方向为待测{110}晶面内的正交方向，Z轴方向为外法向；
拉曼光谱信息采集模块32，用于通过偏振显微拉曼光谱系统将入射光沿Z轴方向的反方向聚焦到待测{110}晶面上，控制几何偏振配置使入射光和散射光均为偏振光，并背向采集拉曼光谱信息；
关系式构建模块33，用于构建拉曼光谱信息中拉曼频移增量与待测{110}晶面应力分量之间的关系式；该应力分量包括：X轴方向正应力分量、Y轴方向正应力分量，以及待测{110}晶面上垂直于X轴方向并指向Y轴方向的切应力分量；
应力分量计算模块34，用于求解该关系式得到应力分量。
在至少一种可能的实施方式中，上述关系式构建模块33包括方程组构建单元和应力分量计算单元，其中方程组构建单元用于选取待测{110}晶面上任一测点的三个不同的偏振角度，得到该测点对应的拉曼频移增量与待测{110}晶面应力分量之间的三个关系式，并以该三个关系式构建方程组；应力分量表达单元，求解该方程组得到由该测点的三个不同偏振组合下拉曼频移增量表达的待测{110}晶面应力分量关系式方程组。
本发明实施例所提供的{110}晶面平面应力分量测量系统，其实现原理及产生的技术效果和前述{110}晶面平面应力分量测量方法实施例相同，为简要描述，系统实施例部分未提及之处，可参考前述方法实施例中相应内容。
所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的{110}晶面平面应力分量测量系统的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。
实施例四：
参见图4，本发明实施例还提供一种{110}晶面平面应力分量测量系统400，包括：处理器40，存储器41，总线42和通信接口43，处理器40、通信接口43和存储器41通过总线42连接；处理器40用于执行存储器41中存储的可执行模块，例如计算机程序。
其中，存储器41可能包含高速随机存取存储器(RAM，RandomAccessMemory)，也可能还包括非易失性存储器(non-volatile memory)，例如至少一个磁盘存储器。通过至少一个通信接口43(可以是有线或者无线)实现该系统网元与至少一个其他网元之间的通信连接，可以使用互联网，广域网，本地网，城域网等。
总线42可以是ISA总线、PCI总线或EISA总线等。总线可以分为地址总线、数据总线、控制总线等。为便于表示，图4中仅用一个双向箭头表示，但并不表示仅有一根总线或一种类型的总线。
其中，存储器41用于存储程序，处理器40在接收到执行指令后，执行程序，前述本发明实施例任一实施例揭示的流过程定义的装置所执行的方法可以应用于处理器40中，或者由处理器40实现。
处理器40可能是一种集成电路芯片，具有信号的处理能力。在实现过程中，上述方法的各步骤可以通过处理器40中的硬件的集成逻辑电路或者软件形式的指令完成。上述的处理器40可以是通用处理器，包括中央处理器(Central Processing Unit，简称CPU)、网络处理器(Network Processor，简称NP)等；还可以是数字信号处理器(Digital SignalProcessing，简称DSP)、专用集成电路(Application Specific Integrated Circuit，简称ASIC)、现成可编程门阵列(Field-Programmable Gate Array，简称FPGA)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件。可以实现或者执行本发明实施例中的公开的各方法、步骤及逻辑框图。通用处理器可以是微处理器或者该处理器也可以是任何常规的处理器等。结合本发明实施例所公开的方法的步骤可以直接体现为硬件译码处理器执行完成，或者用译码处理器中的硬件及软件模块组合执行完成。软件模块可以位于随机存储器，闪存、只读存储器，可编程只读存储器或者电可擦写可编程存储器、寄存器等本领域成熟的存储介质中。该存储介质位于存储器41，处理器40读取存储器41中的信息，结合其硬件完成上述方法的步骤。
本发明实施例提供的{110}晶面平面应力分量测量系统，与上述实施例提供的{110}晶面平面应力分量测量方法具有相同的技术特征，所以也能解决相同的技术问题，达到相同的技术效果。
除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对步骤、数字表达式和数值并不限制本发明的范围。
在这里示出和描述的所有示例中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制，因此，示例性实施例的其他示例可以具有不同的值。
附图中的流程图和框图显示了根据本发明的多个实施例的系统、方法和计算机程序产品的可能实现的体系架构、功能和操作。在这点上，流程图或框图中的每个方框可以代表一个模块、程序段或代码的一部分，所述模块、程序段或代码的一部分包含一个或多个用于实现规定的逻辑功能的可执行指令。也应当注意，在有些作为替换的实现中，方框中所标注的功能也可以以不同于附图中所标注的顺序发生。例如，两个连续的方框实际上可以基本并行地执行，它们有时也可以按相反的顺序执行，这依所涉及的功能而定。也要注意的是，框图和/或流程图中的每个方框、以及框图和/或流程图中的方框的组合，可以用执行规定的功能或动作的专用的基于硬件的系统来实现，或者可以用专用硬件与计算机指令的组合来实现。
另外，在本发明实施例的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
本发明实施例所提供的进行{110}晶面平面应力分量测量方法的计算机程序产品，包括存储了处理器可执行的非易失的程序代码的计算机可读存储介质，所述程序代码包括的指令可用于执行前面方法实施例中所述的方法，具体实现可参见方法实施例，在此不再赘述。
所述功能如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个处理器可执行的非易失的计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
最后应说明的是：以上所述实施例，仅为本发明的具体实施方式，用以说明本发明的技术方案，而非对其限制，本发明的保护范围并不局限于此，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改或可轻易想到变化，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改、变化或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的精神和范围，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (6)

1.一种{110}晶面平面应力分量测量方法，其特征在于，包括：
在待测{110}晶面上建立样品坐标系；所述样品坐标系为空间直角坐标系，所述样品坐标系的X轴方向和Y轴方向为所述待测{110}晶面内的正交方向，Z轴方向为外法向；
通过偏振显微拉曼光谱系统将入射光沿所述Z轴方向的反方向聚焦到所述待测{110}晶面上，控制几何偏振配置使入射光和散射光均为偏振光，并背向采集拉曼光谱信息；
构建所述拉曼光谱信息中拉曼频移增量与所述待测{110}晶面应力分量之间的关系式；所述应力分量包括：X轴方向正应力分量、Y轴方向正应力分量，以及所述待测{110}晶面上垂直于X轴方向并指向Y轴方向的切应力分量；
其中，所述入射光和所述散射光均为线偏振光，所述拉曼频移增量与所述待测{110}晶面应力分量之间的关系式为：
Figure FDA0002566965500000011
其中，
Figure FDA0002566965500000012
θ分别为入射光偏振方向和散射光的偏振方向与X轴方向的夹角，取
Figure FDA0002566965500000013
为偏振角度组合；
Figure FDA0002566965500000014
表示偏振角度组合为
Figure FDA0002566965500000015
时所采集的拉曼光谱的频移相对于其无应力状态时的增量；σx为X轴方向正应力分量，σy为Y轴方向正应力分量，τxy为切应力分量；
Figure FDA0002566965500000016
分别代表偏振角度组合为
Figure FDA0002566965500000017
时σx、σy和τxy与拉曼频移增量之间线性关系的常数因子；
选取待测{110}晶面上任一测点的三个不同的偏振角度组合，得到所述测点对应的拉曼频移增量与所述待测{110}晶面应力分量之间三个相互独立的关系式，并以所述三个相互独立的关系式构建方程组；
求解所述方程组，得到由所述测点的所述三个不同的偏振角度组合下拉曼频移增量表达的所述待测{110}晶面应力分量表达式方程组；
将所述测点的所述三个不同的偏振角度组合下测得的拉曼频移增量代入所述应力分量表达式方程组以求解得到所述应力分量。
2.根据权利要求1所述的{110}晶面平面应力分量测量方法，其特征在于，所述三个不同的偏振角度
Figure FDA0002566965500000021
组合分别为(0°,90°)、(30°,120°)和(45°,135°)，所述应力分量表达式方程组为：
Figure FDA0002566965500000022
3.根据权利要求2所述的{110}晶面平面应力分量测量方法，其特征在于，当所述待测{110}晶面为单晶硅的{110}晶面时，设置所述样品坐标系的坐标为X＝[-1 1 0]，Y＝[001]，Z＝[110]，得到对应测点的应力分量表达式方程组为：
Figure FDA0002566965500000023
其中，所述应力分量的单位为GPa。
4.根据权利要求1所述的{110}晶面平面应力分量测量方法，其特征在于，所述待测{110}晶面为金刚石型半导体材料的{110}晶面。
5.根据权利要求4所述的{110}晶面平面应力分量测量方法，其特征在于，所述金刚石型半导体材料为硅、锗和硅锗合金中的一种。
6.一种{110}晶面平面应力分量测量系统，其特征在于，包括：
样品坐标系建立模块，用于在待测{110}晶面上建立样品坐标系；所述样品坐标系为空间直角坐标系，所述样品坐标系的X轴方向和Y轴方向为所述待测{110}晶面内的正交方向，Z轴方向为外法向；
拉曼光谱信息采集模块，用于通过偏振显微拉曼光谱系统将入射光沿所述Z轴方向的反方向聚焦到所述待测{110}晶面上，控制几何偏振配置使入射光和散射光均为偏振光，并背向采集拉曼光谱信息；
关系式构建模块，用于构建所述拉曼光谱信息中拉曼频移增量与所述待测{110}晶面应力分量之间的关系式；所述应力分量包括：X轴方向正应力分量、Y轴方向正应力分量，以及所述待测{110}晶面上垂直于X轴方向并指向Y轴方向的切应力分量；其中，所述入射光和所述散射光均为线偏振光，所述拉曼频移增量与所述待测{110}晶面应力分量之间的关系式为：
Figure FDA0002566965500000031
其中，
Figure FDA0002566965500000032
θ分别为入射光偏振方向和散射光的偏振方向与X轴方向的夹角，取
Figure FDA0002566965500000033
为偏振角度组合；
Figure FDA0002566965500000034
表示偏振角度组合为
Figure FDA0002566965500000035
时所采集的拉曼光谱的频移相对于其无应力状态时的增量；σx为X轴方向正应力分量，σy为Y轴方向正应力分量，τxy为切应力分量；
Figure FDA0002566965500000036
分别代表偏振角度组合为
Figure FDA0002566965500000037
时σx、σy和τxy与拉曼频移增量之间线性关系的常数因子；
应力分量计算模块，用于选取待测{110}晶面上任一测点的三个不同的偏振角度组合，得到所述测点对应的拉曼频移增量与所述待测{110}晶面应力分量之间三个相互独立的关系式，并以所述三个相互独立的关系式构建方程组；求解所述方程组，得到由所述测点的所述三个不同的偏振角度组合下拉曼频移增量表达的所述待测{110}晶面应力分量表达式方程组；将所述测点的所述三个不同的偏振角度组合下测得的拉曼频移增量代入所述应力分量表达式方程组以求解得到所述应力分量。
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