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硅锗多层薄膜厚度的测量


  硅锗材料广泛的应用于半导体和能量转换应用中,比如半导体制冷器件、功率反向开关。在这些应用中,硅锗和缓冲层的厚度需要测量,硅锗的化学成分比较稳定,但不要确定其结晶度或无定形化。

  我们使用MProbe UVVisSR薄膜测厚仪测量了几个硅锗薄膜样品。样品结构如下:

  样品1:氧化硅缓冲层/硅,其中缓冲层由SiO/SiO2组成,这是参考样品。测量结果为36.2nm缓冲层/硅,缓冲层结构为1.6nmSiO/34.6nm SiO2。

  样品2:硅锗/氧化硅缓冲层/硅。测量结果为6.1nm硅锗/36.2nm缓冲层/硅(缓冲层结构为1.6nmSiO/34.6nm SiO2)。

  样品3:氧化硅/非晶硅/硅锗/氧化硅缓冲层/硅。测量结果为18nm氧化硅7.2nm非晶硅/6.1nm硅锗/36.2nm缓冲层/硅。



  图1. 测量得到的反射光谱曲线,

  红线是样品1,曲线具有双峰表明硅的电子跃迁结构

  蓝线是样品2,光谱曲线反应了锗的非晶/多晶结构

  黄线是样品3,光谱曲线显示非晶材料的特性

  图2. 样品1测量结果显示缓冲层结构为:1.6nm SiO/34.6nm SiO2。曲线拟合度很好。

  图3. 样品2测量结果显示:6.1nm硅锗/36.2nm缓冲层/硅,曲线拟合度非常好

  图4. 样品2硅锗薄膜的光学色散曲线。


  图5. 将样品2硅锗的光学色散曲线与标准的Si11Ge89晶体材料色散曲线相比较,可以得出样品2硅锗已经无定形化了。

  代表测量得到的折射率(n)曲线, 代表测量得到的消光系数(k)曲线, 代表标准Si11Ge89晶体材料的折射率(n)曲线, 代表标准Si11Ge89晶体材料的消光系数(k)曲线。

  图6. 样品3测量结果,18.9nm氧化硅7.2nm非晶硅/6.1nm硅锗/36.2nm缓冲层/硅,非晶硅的色散模型使用Tauc-Lorentz近似模型,非晶硅层和氧化硅层直接测量得到,其他膜层数据从样品2中导入。