29057 spektroskopia049

98

Jako detektory wielokanałowe stosowane są matryce diodowe i detektory CCD (Charge Coupled Device). Te ostatnie, wykonywane w technice scalonych układów krzemowych, wydają się najbardziej odpowiednie do pomiarów widm Ramana.

Specjalne znaczenie mają układy pozwalające precyzyjnie skanować powierzchnię półprzewodnika za pomocą spektroskopii Ramana. Są to układy, w których zastosowano mikroskop do oświetlania powierzchni oraz do zbierana światła rozproszonego. Noszą one nazwę mikrospekt-rometrów Ramana. Pozwalają one uzyskać powierzchniową rozdzielczość w zakresie widzialnym rzędu 0,5 pm. Rysunek 56 przedstawia możliwe zastosowania mikrospektrometru Ramana do badania hetero-struktur. Tą drogą możemy uzyskać informacje o parametrach poszczególnych warstw heterostruktury, występujących tam naprężeniach, wpływie trawienia lub polerowania.

Rys. 56. Przykłady zastosowania mikrospektrometru Ramana do badania heterostruk-tur półprzewodnikowych: a — analiza powierzchni struktury, b — skanowanie poprzeczne heterostruktury po jej przełupaniu, c — skanowanie poprzecznie trawionej

heterostruktury

Efekty dyfrakcyjne ograniczające powierzchniową rozdzielczość metody można ominąć za pomocą tzw. mikroskopu bliskiego pola (scanning near field optical microscope). W mikroskopie tym światło laserowe jest przenoszone światłowodem zakończonym bardzo małym otworem wyjściowym. Taką końcówkę światłowodu umieszcza się w odległości nanometrowej od badanej próbki. Powierzchniowa rozdzielczość metody jest tu ograniczona średnicą końcówki światłowodu, a nie efektami dyfrakcyjnymi.

Spektroskopia Ramana jest stosowana do charakteryzacji warstw półprzewodnikowych podczas ich wzrostu zarówno w warunkach wysokiej próżni (MBE), jak i atmosferze gazowej (MOCVD).

Spektroskopia Ramana dostarcza bardzo wielu informacji o badanym materiale. W szczególności dotyczy to parametrów sieci kryształu, takich jak struktura, orientacja, skład; właściwości elektronowych, takich jak domieszkowanie, koncentraq'a nośników, zakrzywienie pasm.

Szerokość linii rozpraszania Ramana rośnie wraz z pogarszaniem się jakości kryształu, ponieważ uszkodzenie materiału lub utrata uporządkowania zwiększają tłumienie fononów lub zmieniają reguły zachowania pędu.

Rysunek 57 przedstawia przykłady widm rozpraszania Ramana dla kilku związków półprzewodnikowych grupy III—V. Pomiarów dokonano stosując laser YAG:Nd (1,06 pm) i analizując światło rozproszone pod kątem 90° (kryształy te są przezroczyste dla tej długości fali).

Ga As

InP

Al Sb

\----1

340 300 260 220

TO Stokes

Au [cm*¹ ]

Au [cm^-1]

Rys. 57. Widma rozpraszania Ramana dla trzech związków półprzewodnikowych w konfiguracji umożliwiającej obserwację fononu podłużnego LO i poprzecznego TO. Oś częstotliwości przedstawia położenie maksimum rozpraszania Ramana względem

linii pobudzającej [30]