RU2531081C1 - Способ измерения для контроля водорода в твердотельном материале - Google Patents
Способ измерения для контроля водорода в твердотельном материале Download PDFInfo
- Publication number
- RU2531081C1 RU2531081C1 RU2013133496/28A RU2013133496A RU2531081C1 RU 2531081 C1 RU2531081 C1 RU 2531081C1 RU 2013133496/28 A RU2013133496/28 A RU 2013133496/28A RU 2013133496 A RU2013133496 A RU 2013133496A RU 2531081 C1 RU2531081 C1 RU 2531081C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- radiation
- hydrogen
- sample
- silicon
- bonds
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Investigating, Analyzing Materials By Fluorescence Or Luminescence (AREA)
- Investigating Or Analysing Materials By Optical Means (AREA)
Abstract
Изобретение относится к области исследования материалов с помощью оптических средств, а также к технологии изготовления полупроводниковых приборов - для контроля водорода в материале при создании приборов и структур. В отношении образца с тестируемым материалом регистрируют спектр комбинационного рассеяния света в геометрии обратного рассеяния. Измерения проводят в диапазоне частот колебаний связей между атомами тестируемого твердотельного материала и связей между атомами тестируемого твердотельного материала и водорода. Когерентное излучение направляют на полупрозрачное зеркало, расположенное между образцом и спектрометром под углом, с возможностью подачи излучения от зеркала на образец в направлении нормали к поверхности тестируемого материала, а отраженного образцом излучения - на спектрометр. Падающее излучение линейно поляризовано. Поляризация рассеянного света совпадает с поляризаций падающего излучения. Используют излучение лазера видимого диапазона от 400 до 800 нм в непрерывном режиме, с мощностью, обеспечивающей отношение сигнал к шуму в спектрах комбинационного рассеяния света от 10 и более. При выборе образца с тестируемым материалом подложки из стекла или кремния с выполненным слоем диоксида кремния и нанесенным на нее слоем аморфного кремния с содержанием атомного водорода от 5 до 50%, толщиной от 30 до 1000 нм регистрируют спектр в диапазоне от 200 до 550 см-1 и от 1900 до 2200 см-1, соответственно, частот колебаний связей Si-Si и связей Si-H. За счет использования геометрии обратного рассеяния снимается ограничение в отношении ассортимента подложек и толщин слоев при получении данных для контроля водорода в твердотельном материале по концентрации и его состоянию как в отношении слоев или приборных структур, формирование которых закончено, так и непосредственно в процессе формирования. 4 з.п. ф-лы, 2 ил.
Description
Изобретение относится к области исследования материалов путем определения их физических свойств с помощью оптических средств, а также к полупроводниковым приборам, к технологии изготовления полупроводниковых приборов, и может быть использовано при создании современных полупроводниковых приборов и структур для микро- и наноэлектроники, оптоэлектронных устройств, в частности тонкопленочных транзисторов (ТПТ), ячеек энергонезависимой памяти, солнечных элементов.
Известен способ измерения для контроля водорода в твердотельном материале (описание к патенту РФ №2350932 на изобретение, МПК8 G01N 25/00), заключающийся в том, что образец с тестируемым материалом нагревают в потоке газа-носителя, фиксируют водород, выделяемый тестируемым материалом, при этом следят за геометрическими параметрами образца и в момент их изменений при начале плавления прекращают нагрев. В качестве тестируемого материала берут сплавы алюминия. В качестве геометрического параметра образца, за которым осуществляют слежение, используют один из его размеров в вертикальном или горизонтальном направлениях, а момент изменения размера определяют посредством бесконтактного преобразователя или в качестве геометрического параметра образца, за которым осуществляют слежение, используют его размер в вертикальном направлении, а момент изменения размера определяют посредством контактного преобразователя.
К причинам, препятствующим достижению нижеуказанного технического результата, относится эффузия водорода из тестируемого материала.
В качестве ближайшего аналога взят способ измерения для контроля водорода в твердотельном материале (A.A. Langford, M.L. Fleet, В.Р. Nelson, W.A. Lanford, N. Maley, «Infrared absorption strength and hydrogen content of hydrogenated amorphous silicon», Phys. Rev. B, 1992, v.45, n.23, p.13367-13377), заключающийся в том, что в отношении образца с тестируемым материалом регистрируют оптический спектр - спектр пропускания в инфракрасном (ИК) диапазоне. В качестве образца с тестируемым материалом используют подложку с нанесенным на ее рабочую поверхность слоем тестируемого материала, а именно аморфного кремния. При регистрации спектра пропускания в ИК диапазоне используют интервал от 500 до 2500 см-1 включительно.
После получения исходных данных по известным сечениям поглощения света на колебаниях связей кремний-водород и по известной толщине пленки, с учетом интерференции, вычисляется концентрация водорода.
В приведенном техническом решении существует необходимость использования толстых слоев тестируемого материала - более 100 нанометров толщиной. Кроме того, для данного решения характерен довольно узкий ассортимент подложек, на которых должен находиться слой тестируемого материала. Так, невозможно определить концентрацию водорода и его состояние, например, в слоях аморфного кремния, являющегося тестируемым материалом, на недорогих стеклянных и пластиковых подложках. Причины заключаются в следующем.
В данном способе для регистрации заметного поглощения света толщина пленки должна быть достаточно большой, как указано, более 100 нанометров. В данном способе, подложка сама должна быть прозрачна в интервале волновых чисел, в котором производят регистрацию спектра пропускания, например, для аморфного кремния - от 500 до 2500 см-1 включительно. Стеклянные и пластиковые подложки в указанном интервале непрозрачны. В отношении определения концентрации и состояния водорода в слоях аморфного кремния, указанный способ применим в случаях использования кремниевых подложек, а для случаев изготовления приборных структур не на кремниевых подложках, например, на стекле, при изготовлении ТПТ - не возможен, поскольку стекло поглощает излучение в данном диапазоне.
Техническим результатом является реализация возможности неразрушающего контроля концентрации водорода и его состояния в твердотельном материале непосредственно в процессе формирования слоя твердотельного материала или приборной структуры на различных подложках без ограничения диапазона толщин слоев.
Технический результат достигается в способе измерения для контроля водорода в твердотельном материале, заключающемся в том, что в отношении образца с тестируемым материалом регистрируют оптический спектр, а именно регистрируют спектр комбинационного рассеяния света в геометрии обратного рассеяния в диапазоне частот колебаний связей между атомами тестируемого твердотельного материала и связей между атомами тестируемого твердотельного материала и водорода.
В способе измерения при регистрации спектра когерентное излучение направляют на полупрозрачное зеркало, которое располагают между образцом с тестируемым материалом и спектрометром под углом, с возможностью подачи излучения от зеркала на образец в направлении нормали к поверхности тестируемого материала, а отраженного тестируемым материалом излучения - на спектрометр комбинационного рассеяния.
В способе измерения в качестве когерентного излучения используют излучение лазера видимого диапазона в непрерывном режиме, причем падающее излучение лазера линейно поляризовано, а поляризация рассеянного света такая же, как и поляризация падающего излучения.
В способе измерения используют излучение лазера видимого диапазона с длиной волны от 400 до 800 нм включительно, с мощностью, обеспечивающей отношение сигнал к шуму в спектрах комбинационного рассеяния света от 10 и более.
В способе измерения в качестве образца с тестируемым материалом берут подложку, на подложку наносят тестируемый материал - слой аморфного кремния a-Si:H с содержанием атомного водорода от 5 до 50% включительно, толщиной от 30 до 1000 нм включительно, регистрируют спектр комбинационного рассеяния света в геометрии обратного рассеяния в диапазоне от 200 до 550 см-1 и от 1900 до 2200 см-1 включительно, соответственно, частот колебаний связей между атомами тестируемого твердотельного материала Si-Si и связей между атомами тестируемого твердотельного материала и водорода Si-H, подложку берут из стекла или кремния, в составе которой выполнен слой диоксида кремния.
Сущность технического решения поясняется нижеследующим описанием и прилагаемыми фигурами.
На Фиг.1 представлена блок-схема установки спектроскопии КРС (комбинационное рассеяние света) для реализации измерения для определения концентрации водорода в твердотельном материале, где 1 - непрерывный лазер видимого диапазона; 2 - исследуемый образец; 3 - полупрозрачное зеркало; 4 - спектрометр КРС.
На Фиг.2 приведены спектры КРС исследуемых образцов со слоем аморфного кремния на подложке в диапазоне колебаний связей кремний-кремний (Si-Si) и кремний-водород (Si-H).
Техническое решение адресовано разработке способа измерения данных для контроля водорода в твердотельном материале - данных, на основании которых определяют не только концентрацию водорода, но и получают информацию о его связях с атомами твердотельного материала.
Достижение технического результата обеспечивается тем, что используют спектроскопию КРС в геометрии обратного рассеяния. Благодаря геометрии обратного рассеяния снимается ограничение в отношении ассортимента подложек и толщин слоев при получении данных для контроля водорода в твердотельном материале по концентрации и его состоянию. Причем получение данных можно осуществлять как в отношении слоев или приборных структур, формирование которых закончено, так и непосредственно в процессе формирования слоя твердотельного материала или приборной структуры. Спектр комбинационного рассеяния света в геометрии обратного рассеяния регистрируют в диапазоне частот колебаний связей между атомами тестируемого твердотельного материала и связей между атомами тестируемого твердотельного материала и водорода.
Геометрию обратного рассеяния реализуют тем, что при регистрации спектра когерентное излучение направляют на полупрозрачное зеркало, которое располагают между образцом с тестируемым материалом и спектрометром КРС под углом, с возможностью подачи излучения от зеркала на образец в направлении нормали к поверхности тестируемого материала, а отраженного тестируемым материалом излучения - на спектрометр комбинационного рассеяния (см. Фиг.1).
В частном случае реализации в качестве когерентного излучения используют излучение лазера видимого диапазона в непрерывном режиме. Падающее излучение лазера линейно поляризовано. Поляризация рассеянного света должна совпадать с поляризацией падающего излучения. Кроме линейной поляризации может быть выбрана какая-либо другая поляризация, но поляризация рассеянного света должна совпадать с поляризацией падающего излучения.
Так, для измерения и получения данных используют излучение лазера видимого диапазона с длиной волны от 400 до 800 нм включительно, с мощностью, обеспечивающей отношение сигнал к шуму в спектрах комбинационного рассеяния света от 10 и более. Указанное отношение сигнал к шуму позволяет выделить полезный сигнал и обеспечить получение достоверных данных.
Если в качестве образца с тестируемым материалом берут подложку с нанесенным на подложку слоем аморфного кремния a-Si:H, например, с содержанием атомного водорода от 5 до 50% включительно, толщиной от 30 до 1000 нм включительно, то спектр комбинационного рассеяния света в геометрии обратного рассеяния регистрируют в диапазонах от 200 до 550 см-1 (или шире) и от 1900 до 2200 см-1 (или шире), соответственно, для колебаний связей между атомами тестируемого твердотельного материала (кремния) Si-Si и для колебаний связей между атомами тестируемого твердотельного материала (кремния) и водорода Si-H (см. Фиг.2). Подложка может быть выполнена из стекла или кремния. В составе подложки может быть выполнен слой диоксида кремния. Полученные данные, например, для контроля водорода в аморфном кремнии используют следующим образом. Регистрацию осуществляют при комнатной температуре.
Полученные данные измерения по предлагаемому способу, например, для контроля водорода в аморфном кремнии используют нижеследующим образом.
Исходные слои аморфного кремния характеризуются спектром с широким пиком, имеющим максимум в области 475÷480 см-1, обусловленным рассеянием на оптических колебаниях связей кремний-кремний (см. Фиг.2). Приведенный спектр показывает, что исходные слои аморфны. На основе полученного спектра определяют интегральную интенсивность сигнала КРС на колебаниях связей кремний-кремний (Si-Si) и кремний-водород (Si-H). Для этого экспериментальный сигнал аппроксимируют кривыми Гаусса (Рис.2). Интегральная интенсивность сигнала КРС на колебаниях связей кремний-кремний (Si-Si) - это площадь под кривыми Гаусса, максимум которых лежит в пределах от 250 до 520 см-1, обозначим эту интенсивность как ISi-Si. Частота валентных колебаний связей Si-H составляет 2000 см-1, в случае, если у кремния имеется 2 связи с водородом - (Si-Н2) связь, ее частота колебаний составляет 2100 см-1 (М.Н. Brodsky, Manuel Cardona, J.J. Cuomo, «Infrared and Raman spectra of the silicon-hydrogen bonds in amorphous silicon prepared by glow discharge and sputtering», Phys. Rev. B, 1977, v.16, n.8, p.p.3556-3571). Таким образом, интегральная интенсивность сигнала КРС на колебаниях связей кремний-водород (Si-H) - это площадь под кривой Гаусса, максимум которой составляет 2000±10 см-1, обозначим эту интенсивность как ISi-H. Интегральная интенсивность сигнала КРС на колебаниях связей кремний-два водорода (Si-H2) - это площадь под кривой Гаусса, максимум которой составляет 2100±10 см-1, обозначим эту интенсивность как ISi-H2.
Интенсивность КРС на колебаниях валентных связей пропорциональна концентрации этих связей и соответствующему сечению рассеяния.
При этом α - это относительная концентрация водорода в Si-H связях (абсолютная концентрация, деленная на концентрацию атомов кремния, которая составляет 5·1022 см-3); β - это относительная концентрация водорода в Si-H2 связях (абсолютная концентрация, деленная на концентрацию атомов кремния, которая составляет 5·1022 см-3). Формулы (1) и (2) взяты из работы (М.Н. Brodsky, Manuel Cardona, J.J. Cuomo, «Infrared and Raman spectra of the silicon-hydrogen bonds in amorphous silicon prepared by glow discharge and sputtering», Phys. Rev. B, 1977, v.16, n.8, p.p.3556-3571). Однако в цитируемой работе не были определены коэффициенты BSi-H и BSi-H2, которые являются отношением сечения КРС на связях Si-H к сечению КРС на связях Si-Si и сечения КРС на связях Si-Н2 к сечению КРС Si-Si, соответственно. Используя данные КРС для более чем 20 образцов с известной концентрацией водорода в Si-H и Si-H2 связях, были найдены эти коэффициенты, которые составляют BSi-H=0,65±0,06 и BSi-H2=0,25±0,02.
Таким образом, экспериментально определив соотношения ISi-H к ISi-Si и ISi-H2 к ISi-Si из спектров КРС можно, решив систему линейных уравнений (1) и (2), определить относительную концентрация водорода в Si-H связях (α) и относительную концентрацию водорода в Si-H2 связях (β).
Для краткости переобозначим экспериментально определяемые отношения сечений КРС в формулах (1) и (2) как: 
и 
, тогда:
С учетом найденных нами коэффициентов получаем:
Таким образом, можно не только определить концентрацию водорода, но и определить в каком состоянии он находится в слоях аморфного кремния. Это важно, так как оптимальное состояние водорода для слоев, использующихся в фотоприемниках на основе аморфного кремния, это положение в Si-H связях, а не Si-H2 связях.
Приведенные определения получены для случая использования линейной поляризации падающего на образец с тестируемым материалом излучения. Для выбора другой поляризации выведенные выражения для контроля водорода будут отличаться.
В качестве сведений, подтверждающих возможность осуществления способа с достижением технического результата, приводим нижеследующие примеры, в которых в качестве тестируемого материала берут аморфный кремний.
Пример 1.
При измерении для контроля водорода в твердотельном материале в отношении образца с тестируемым материалом регистрируют оптический спектр. Регистрируют спектр комбинационного рассеяния света в геометрии обратного рассеяния в диапазоне колебаний связей между атомами тестируемого твердотельного материала и связей между атомами тестируемого твердотельного материала и водорода. Регистрацию осуществляют при комнатной температуре.
В качестве образца с тестируемым материалом берут подложку стекла, на подложку наносят тестируемый материал - слой аморфного кремния a-Si:H с содержанием атомного водорода 5%, толщиной 1000 нм, регистрируют спектр комбинационного рассеяния света в геометрии обратного рассеяния в диапазоне от 200 до 550 см-1 и от 1900 до 2200 см-1, соответственно, колебаний связей между атомами тестируемого твердотельного материала Si-Si и связей между атомами тестируемого твердотельного материала (кремния) и водорода Si-H.
При регистрации спектра когерентное излучение направляют на полупрозрачное зеркало, которое располагают между образцом с тестируемым материалом (кремнием) и спектрометром под углом, с возможностью подачи излучения от зеркала на образец в направлении нормали к поверхности тестируемого материала (кремния), а отраженного тестируемым материалом (кремнием) излучения - на спектрометр комбинационного рассеяния (см. Фиг.1). В качестве когерентного излучения используют излучение лазера видимого диапазона в непрерывном режиме, причем падающее излучение лазера линейно поляризовано, а поляризация рассеянного света такая же, как и поляризация падающего излучения. Используют излучение лазера видимого диапазона с длиной волны 514,5 нм - излучение аргонового лазера второй гармоники, с мощностью, обеспечивающей отношение сигнал к шуму в спектрах комбинационного рассеяния света, равное 10.
Пример 2.
При измерении для контроля водорода в твердотельном материале в отношении образца с тестируемым материалом регистрируют оптический спектр. Регистрируют спектр комбинационного рассеяния света в геометрии обратного рассеяния в диапазоне колебаний связей между атомами тестируемого твердотельного материала и связей между атомами тестируемого твердотельного материала и водорода. Регистрацию осуществляют при комнатной температуре.
В качестве образца с тестируемым материалом берут подложку стекла, на подложку наносят тестируемый материал - слой аморфного кремния a-Si:H с содержанием атомного водорода 10%, толщиной 700 нм, регистрируют спектр комбинационного рассеяния света в геометрии обратного рассеяния в диапазоне от 200 до 550 см-1 и от 1900 до 2200 см-1, соответственно, колебаний связей между атомами тестируемого твердотельного материала Si-Si и связей между атомами тестируемого твердотельного материала (кремния) и водорода Si-H.
При регистрации спектра когерентное излучение направляют на полупрозрачное зеркало, которое располагают между образцом с тестируемым материалом (кремнием) и спектрометром под углом, с возможностью подачи излучения от зеркала на образец в направлении нормали к поверхности тестируемого материала (кремния), а отраженного тестируемым материалом (кремнием) излучения - на спектрометр комбинационного рассеяния (см. Фиг.1). В качестве когерентного излучения используют излучение лазера видимого диапазона в непрерывном режиме, причем падающее излучение лазера линейно поляризовано, а поляризация рассеянного света такая же, как и поляризация падающего излучения. Используют излучение лазера видимого диапазона с длиной волны 488 нм - излучение аргонового лазера, с мощностью, обеспечивающей отношение сигнал к шуму в спектрах комбинационного рассеяния света, равное 10.
Пример 3.
При измерении для контроля водорода в твердотельном материале в отношении образца с тестируемым материалом регистрируют оптический спектр. Регистрируют спектр комбинационного рассеяния света в геометрии обратного рассеяния в диапазоне колебаний связей между атомами тестируемого твердотельного материала и связей между атомами тестируемого твердотельного материала и водорода. Регистрацию осуществляют при комнатной температуре.
В качестве образца с тестируемьм материалом берут подложку стекла, на подложку наносят тестируемый материал - слой аморфного кремния a-Si:H с содержанием атомного водорода 5%, толщиной 1000 нм, регистрируют спектр комбинационного рассеяния света в геометрии обратного рассеяния в диапазоне от 200 до 550 см-1 и от 1900 до 2200 см-1, соответственно, колебаний связей между атомами тестируемого твердотельного материала Si-Si и связей между атомами тестируемого твердотельного материала (кремния) и водорода Si-H.
При регистрации спектра когерентное излучение направляют на полупрозрачное зеркало, которое располагают между образцом с тестируемым материалом (кремнием) и спектрометром под углом, с возможностью подачи излучения от зеркала на образец в направлении нормали к поверхности тестируемого материала (кремния), а отраженного тестируемым материалом (кремнием) излучения - на спектрометр комбинационного рассеяния (см. Фиг.1). В качестве когерентного излучения используют излучение лазера видимого диапазона в непрерывном режиме, причем падающее излучение лазера линейно поляризовано, а поляризация рассеянного света такая же, как и поляризация падающего излучения. Используют излучение лазера видимого диапазона с длиной волны 633 нм - излучение гелий-неонового лазера, с мощностью, обеспечивающей отношение сигнал к шуму в спектрах комбинационного рассеяния света, равное 10.
Пример 4.
При измерении для контроля водорода в твердотельном материале в отношении образца с тестируемым материалом регистрируют оптический спектр. Регистрируют спектр комбинационного рассеяния света в геометрии обратного рассеяния в диапазоне колебаний связей между атомами тестируемого твердотельного материала и связей между атомами тестируемого твердотельного материала и водорода. Регистрацию осуществляют при комнатной температуре.
В качестве образца с тестируемым материалом берут подложку стекла, на подложку наносят тестируемый материал - слой аморфного кремния a-Si:H с содержанием атомного водорода 5%, толщиной 1000 нм, регистрируют спектр комбинационного рассеяния света в геометрии обратного рассеяния в диапазоне от 200 до 550 см-1 и от 1900 до 2200 см-1, соответственно, колебаний связей между атомами тестируемого твердотельного материала Si-Si и связей между атомами тестируемого твердотельного материала (кремния) и водорода Si-H.
При регистрации спектра когерентное излучение направляют на полупрозрачное зеркало, которое располагают между образцом с тестируемым материалом (кремнием) и спектрометром под углом, с возможностью подачи излучения от зеркала на образец в направлении нормали к поверхности тестируемого материала (кремния), а отраженного тестируемым материалом (кремнием) излучения - на спектрометр комбинационного рассеяния (см. Фиг.1). В качестве когерентного излучения используют излучение лазера видимого диапазона в непрерывном режиме, причем падающее излучение лазера линейно поляризовано, а поляризация рассеянного света такая же, как и поляризация падающего излучения. Используют излучение лазера видимого диапазона с длиной волны 400 нм - титан-сапфирового лазера второй гармоники, с мощностью, обеспечивающей отношение сигнал к шуму в спектрах комбинационного рассеяния света, равное 10.
Пример 5.
При измерении для контроля водорода в твердотельном материале в отношении образца с тестируемым материалом регистрируют оптический спектр. Регистрируют спектр комбинационного рассеяния света в геометрии обратного рассеяния в диапазоне колебаний связей между атомами тестируемого твердотельного материала и связей между атомами тестируемого твердотельного материала и водорода. Регистрацию осуществляют при комнатной температуре.
В качестве образца с тестируемым материалом берут подложку кремния, на подложку наносят тестируемый материал - слой аморфного кремния a-Si:H с содержанием атомного водорода 50%, толщиной 30 нм, регистрируют спектр комбинационного рассеяния света в геометрии обратного рассеяния в диапазоне от 200 до 550 см-1 и от 1900 до 2200 см-1, соответственно, колебаний связей между атомами тестируемого твердотельного материала Si-Si и связей между атомами тестируемого твердотельного материала (кремния) и водорода Si-H.
При регистрации спектра когерентное излучение направляют на полупрозрачное зеркало, которое располагают между образцом с тестируемым материалом (кремнием) и спектрометром под углом, с возможностью подачи излучения от зеркала на образец в направлении нормали к поверхности тестируемого материала (кремния), а отраженного тестируемым материалом (кремнием) излучения - на спектрометр комбинационного рассеяния (см. Фиг.1). В качестве когерентного излучения используют излучение лазера видимого диапазона в непрерывном режиме, причем падающее излучение лазера линейно поляризовано, а поляризация рассеянного света такая же, как и поляризация падающего излучения. Используют излучение лазера видимого диапазона с длиной волны 800 нм - излучение титан-сапфирового лазера первой гармоники, с мощностью, обеспечивающей отношение сигнал к шуму в спектрах комбинационного рассеяния света, равное 15.
Пример 6.
При измерении для контроля водорода в твердотельном материале в отношении образца с тестируемым материалом регистрируют оптический спектр. Регистрируют спектр комбинационного рассеяния света в геометрии обратного рассеяния в диапазоне колебаний связей между атомами тестируемого твердотельного материала и связей между атомами тестируемого твердотельного материала и водорода. Регистрацию осуществляют при комнатной температуре.
В качестве образца с тестируемым материалом берут подложку кремния, в составе которой выполнен слой диоксида кремния, на подложку наносят тестируемый материал - слой аморфного кремния a-Si:H с содержанием атомного водорода 25%, толщиной 300 нм, регистрируют спектр комбинационного рассеяния света в геометрии обратного рассеяния в диапазоне от 200 до 550 см-1 и от 1900 до 2200 см-1, соответственно, колебаний связей между атомами тестируемого твердотельного материала Si-Si и связей между атомами тестируемого твердотельного материала (кремния) и водорода Si-H.
При регистрации спектра когерентное излучение направляют на полупрозрачное зеркало, которое располагают между образцом с тестируемым материалом (кремнием) и спектрометром под углом, с возможностью подачи излучения от зеркала на образец в направлении нормали к поверхности тестируемого материала (кремния), а отраженного тестируемым материалом (кремнием) излучения - на спектрометр комбинационного рассеяния (см. Фиг.1). В качестве когерентного излучения используют излучение лазера видимого диапазона в непрерывном режиме, причем падающее излучение лазера линейно поляризовано, а поляризация рассеянного света такая же, как и поляризация падающего излучения. Используют излучение лазера видимого диапазона с длиной волны 514 нм - излучение аргонового лазера, с мощностью, обеспечивающей отношение сигнал к шуму в спектрах комбинационного рассеяния света, равное 20.
Пример 7.
При измерении для контроля водорода в твердотельном материале в отношении образца с тестируемым материалом регистрируют оптический спектр. Регистрируют спектр комбинационного рассеяния света в геометрии обратного рассеяния в диапазоне колебаний связей между атомами тестируемого твердотельного материала и связей между атомами тестируемого твердотельного материала и водорода. Регистрацию осуществляют при комнатной температуре.
В качестве образца с тестируемым материалом берут подложку кремния, в составе которой выполнен слой диоксида кремния, на подложку наносят тестируемый материал - слой аморфного кремния a-Si:H с содержанием атомного водорода 35%, толщиной 80 нм, регистрируют спектр комбинационного рассеяния света в геометрии обратного рассеяния в диапазоне от 200 до 550 см-1 и от 1900 до 2200 см-1, соответственно, колебаний связей между атомами тестируемого твердотельного материала Si-Si и связей между атомами тестируемого твердотельного материала (кремния) и водорода Si-H.
При регистрации спектра когерентное излучение направляют на полупрозрачное зеркало, которое располагают между образцом с тестируемым материалом (кремнием) и спектрометром под углом, с возможностью подачи излучения от зеркала на образец в направлении нормали к поверхности тестируемого материала (кремния), а отраженного тестируемым материалом (кремнием) излучения - на спектрометр комбинационного рассеяния (см. Фиг.1). В качестве когерентного излучения используют излучение лазера видимого диапазона в непрерывном режиме, причем падающее излучение лазера линейно поляризовано, а поляризация рассеянного света такая же, как и поляризация падающего излучения. Используют излучение лазера видимого диапазона с длиной волны 442 нм - излучение гелий-кадмиевого лазера, с мощностью, обеспечивающей отношение сигнал к шуму в спектрах комбинационного рассеяния света, равное 10.
Claims (5)
1. Способ измерения для контроля водорода в твердотельном материале, заключающийся в том, что в отношении образца с тестируемым материалом регистрируют оптический спектр, отличающийся тем, что регистрируют спектр комбинационного рассеяния света в геометрии обратного рассеяния в диапазоне частот колебаний связей между атомами тестируемого твердотельного материала и связей между атомами тестируемого твердотельного материала и водорода.
2. Способ измерения по п.1, отличающийся тем, что при регистрации спектра когерентное излучение направляют на полупрозрачное зеркало, которое располагают между образцом с тестируемым материалом и спектрометром под углом, с возможностью подачи излучения от зеркала на образец в направлении нормали к поверхности тестируемого материала, а отраженного тестируемым материалом излучения - на спектрометр комбинационного рассеяния.
3. Способ измерения по п.2, отличающийся тем, что в качестве когерентного излучения используют излучение лазера видимого диапазона в непрерывном режиме, причем падающее излучение лазера линейно поляризовано, а поляризация рассеянного света такая же, как и поляризация падающего излучения.
4. Способ измерения по п.3, отличающийся тем, что используют излучение лазера видимого диапазона с длиной волны от 400 до 800 нм включительно, с мощностью, обеспечивающей отношение сигнал к шуму в спектрах комбинационного рассеяния света от 10 и более.
5. Способ измерения по п.1, отличающийся тем, что в качестве образца с тестируемым материалом берут подложку, на подложку наносят тестируемый материал - слой аморфного кремния a-Si:H с содержанием атомного водорода от 5 до 50% включительно, толщиной от 30 до 1000 нм включительно, регистрируют спектр комбинационного рассеяния света в геометрии обратного рассеяния в диапазоне от 200 до 550 см-1 и от 1900 до 2200 см-1 включительно, соответственно, частот колебаний связей между атомами тестируемого твердотельного материала Si-Si и связей между атомами тестируемого твердотельного материала и водорода Si-H, подложку берут из стекла или кремния, в составе которой выполнен слой диоксида кремния.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2013133496/28A RU2531081C1 (ru) | 2013-07-18 | 2013-07-18 | Способ измерения для контроля водорода в твердотельном материале |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2013133496/28A RU2531081C1 (ru) | 2013-07-18 | 2013-07-18 | Способ измерения для контроля водорода в твердотельном материале |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2531081C1 true RU2531081C1 (ru) | 2014-10-20 |
Family
ID=53381887
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2013133496/28A RU2531081C1 (ru) | 2013-07-18 | 2013-07-18 | Способ измерения для контроля водорода в твердотельном материале |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2531081C1 (ru) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN110333224A (zh) * | 2019-07-15 | 2019-10-15 | 天津大学 | 改变拉曼光谱探测倾角的单晶硅主应力检测方法和装置 |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4210486A (en) * | 1976-05-25 | 1980-07-01 | Wacker-Chemitronic Gesellschaft Fur Elektronik-Grundstoffe Mbh | Process for determining the effective doping agent content of hydrogen for the production of semiconductors |
| US5753449A (en) * | 1994-11-25 | 1998-05-19 | Kyoto Dai-Ich Kagaku Co., Ltd. | Method of and apparatus for determining hydrogen peroxide by raman scattering |
| RU2148815C1 (ru) * | 1998-08-07 | 2000-05-10 | Институт прикладной механики Уральского отделения РАН | Устройство для определения водорода в металлах |
| RU2350932C1 (ru) * | 2007-12-21 | 2009-03-27 | Государственное учреждение Физико-технический институт Уральского отделения Российской академии наук | Способ определения водорода в сплавах алюминия |
| EP2133689A1 (en) * | 2008-05-23 | 2009-12-16 | Itt Manufacturing Enterprises, Inc. | Detection of materials based on raman scattering and laserincluded fluorescence by deep excitation |
-
2013
- 2013-07-18 RU RU2013133496/28A patent/RU2531081C1/ru active
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4210486A (en) * | 1976-05-25 | 1980-07-01 | Wacker-Chemitronic Gesellschaft Fur Elektronik-Grundstoffe Mbh | Process for determining the effective doping agent content of hydrogen for the production of semiconductors |
| US5753449A (en) * | 1994-11-25 | 1998-05-19 | Kyoto Dai-Ich Kagaku Co., Ltd. | Method of and apparatus for determining hydrogen peroxide by raman scattering |
| RU2148815C1 (ru) * | 1998-08-07 | 2000-05-10 | Институт прикладной механики Уральского отделения РАН | Устройство для определения водорода в металлах |
| RU2350932C1 (ru) * | 2007-12-21 | 2009-03-27 | Государственное учреждение Физико-технический институт Уральского отделения Российской академии наук | Способ определения водорода в сплавах алюминия |
| EP2133689A1 (en) * | 2008-05-23 | 2009-12-16 | Itt Manufacturing Enterprises, Inc. | Detection of materials based on raman scattering and laserincluded fluorescence by deep excitation |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| A.A. LANGFORD et al. Infrared absorption strength and hydrogen content of hydrogenated amorphous silicon. PHYSICAL REVIEW B, v.45, N 23, 1992, p.13367-13377. * |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN110333224A (zh) * | 2019-07-15 | 2019-10-15 | 天津大学 | 改变拉曼光谱探测倾角的单晶硅主应力检测方法和装置 |
| CN110333224B (zh) * | 2019-07-15 | 2020-09-01 | 天津大学 | 改变拉曼光谱探测倾角的单晶硅主应力检测方法和装置 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Jayaprakash et al. | Investigation on the growth, spectral, lifetime, mechanical analysis and third-order nonlinear optical studies of L-methionine admixtured D-mandelic acid single crystal: a promising material for nonlinear optical applications | |
| KR101314929B1 (ko) | 반도체 구조에서 변형 및 활성 도펀트의 광반사율에 의한특성 기술 방법 | |
| Lo et al. | Nanoscale chemical-mechanical characterization of nanoelectronic low-k dielectric/Cu interconnects | |
| WO2009102949A2 (en) | Method and apparatus of z-scan photoreflectance characterization | |
| CN106796899B (zh) | 用于确定衬底中的应力的光学系统和方法 | |
| Humbert et al. | Optical spectroscopy of functionalized gold nanoparticles assemblies as a function of the surface coverage | |
| Grundmeier et al. | Fundamentals and applications of reflection FTIR spectroscopy for the analysis of plasma processes at materials interfaces | |
| US5557409A (en) | Characterization of an external silicon interface using optical second harmonic generation | |
| Aarts et al. | Direct and highly sensitive measurement of defect-related absorption in amorphous silicon thin films by cavity ringdown spectroscopy | |
| RU2531081C1 (ru) | Способ измерения для контроля водорода в твердотельном материале | |
| Ward et al. | Nanosecond pump and probe observation of bimolecular exciton effects in rubrene single crystals | |
| Zhang et al. | Nanostructured copper sulfide thin film via a spatial successive ionic layer adsorption and reaction process showing significant surface-enhanced infrared absorption of CO 2 | |
| CN104020185A (zh) | 一种高分子超薄膜相转变温度的测定方法 | |
| JP2007073619A (ja) | 有機半導体電界効果トランジスタの評価装置及び特性測定方法。 | |
| TW577135B (en) | Die size control for polysilicon film and the inspection method thereof | |
| D’Amore et al. | Sputtered stoichiometric teo 2 glass films: dispersion of linear and nonlinear optical properties | |
| Zheng et al. | Direct investigation of the birefringent optical properties of black phosphorus with picosecond interferometry | |
| Zizlsperger et al. | In situ nanoscopy of single-grain nanomorphology and ultrafast carrier dynamics in metal halide perovskites | |
| Heutz et al. | Raman scattering as a probe of crystallinity in PTCDA and H2Pc single-layer and double-layer thin film heterostructures | |
| Byelyayev | Stress diagnostics and crack detection in full-size silicon wafers using resonance ultrasonic vibrations | |
| Karachevtseva et al. | Wannier–Stark electro-optical effect, quasi-guided and photonic modes in 2D macroporous silicon structures with SiO2 coatings | |
| Kim et al. | Modulation of the bonding-antibonding splitting in Te by coherent phonons | |
| Hinrichs et al. | In situ monitoring of the etching of thin silicon oxide films in diluted NH4F by IR ellipsometry | |
| US20070109540A1 (en) | Method for measuring thin films | |
| Cotirlan-Simioniuc et al. | The evanescent-wave cavity ring-down spectroscopy technique applied to the investigation of thermally grown oxides on Si (100) |