硅 (Si) 的應(yīng)變/應(yīng)力評估技術(shù)

變形（失真）發(fā)生在施加壓力或應(yīng)力的物質(zhì)的晶體結(jié)構(gòu)中。由物質(zhì)的晶體結(jié)構(gòu)和分子振動引起的拉曼散射光的頻率由于其應(yīng)變而發(fā)生變化。這是拉曼散射的特征，拉曼散射是非彈性碰撞散射，與瑞利散射相反，瑞利散射是彈性碰撞散射，其中與激光具有相同頻率的光被散射。拉曼光譜用于分析材料的應(yīng)變和應(yīng)力，成像可以實現(xiàn)應(yīng)力和應(yīng)變映射。

■拉曼光譜測量應(yīng)變和應(yīng)力的能力
具有應(yīng)變（應(yīng)變）的晶體具有拉曼散射光，與未應(yīng)變的晶體相比，該光發(fā)生了頻移。如下圖所示，與未應(yīng)變硅的拉曼散射（此處為 ωs2）相比，在壓縮應(yīng)力下硅的拉曼散射（此處為 ωs1）向更高頻率移動。硅在 520 cm -1處具有光學(xué)模式（F2g 模式） 。該峰對晶體應(yīng)變敏感，已知由拉應(yīng)力引起的應(yīng)變向低波數(shù)側(cè)移動，由壓應(yīng)力引起的應(yīng)變向高波數(shù)側(cè)移動。

▲ 拉曼散射光由于壓縮應(yīng)力而向更高的波數(shù)移動

■ 根據(jù)峰值偏移量計算應(yīng)力
520 cm -1處的峰值波數(shù)偏移量與應(yīng)力成比例增加。因此，通過準(zhǔn)確地測量波數(shù)偏移，也可以準(zhǔn)確地測量應(yīng)變。為了測量準(zhǔn)確的波數(shù)偏移量，使用了具有高波數(shù)分辨率的測量儀器和取峰重疊的方法。通過增加光譜儀光柵的色散可以實現(xiàn)高波數(shù)分辨率。此外，可以通過從光譜分析確定峰值位置并計算從未失真狀態(tài)下的光譜峰值位置的偏移量來確定照射位置的應(yīng)變狀態(tài)。

▲ 520 cm -1由于壓應(yīng)力和拉應(yīng)力的峰值偏移

■ 觀察硅(Si) 應(yīng)力分布
通過拉曼成像可以檢測到硅晶體中的缺陷和應(yīng)變。右圖是測量硅 (Si) 晶片上的劃痕的圖像。硅中出現(xiàn)在520 cm -1的拉曼峰由于應(yīng)力引起的晶格中的應(yīng)變而移動?？梢酝ㄟ^對峰值位置的移動進行成像來觀察應(yīng)力分布。黃色區(qū)域表示向較低波數(shù)的轉(zhuǎn)變，深藍色區(qū)域表示向較高波數(shù)的轉(zhuǎn)變。可以觀察到，在劃痕周圍的區(qū)域中，晶格因壓縮應(yīng)力和拉伸應(yīng)力而變形。RAMANtouch/RAMANforce 可以檢測和成像 0.1cm -1的峰值偏移。RAMANtouch/RAMANforce 可用于應(yīng)變硅（應(yīng)變硅、應(yīng)變硅）和硅薄膜的拉曼成像。高速圖像采集可在短時間內(nèi)進行測量。

測量時間：10分鐘，應(yīng)力=-250 MPa × Δν(cm -1 )