第34卷，第1期 2014年1月
光谱学与光谱分析 Spectroscopy and Spectral Analysis
N型4H-SiC低温拉曼光谱特性苗瑞霞，赵萍，刘维红’，汤晓燕”
1.西安邮电大学电子工程学院，陕西西安71012
2.西安电子科技大学微电子学院，宽禁带半导体材料与器件重点实验室，陕西西安710071
Vol.34,No.1.ppl08-110
January2014
摘要利用拉曼散射技术对N型4H-SiC单晶材料进行了30～300K温度范围的光谱测量。实验结果表明，随着温度的升高，N型4H-SiC单晶材料的拉曼峰峰位向低波数方向移动，峰宽逐渐增宽。分析认为，晶格振动随者温度的升高而随之加剧，其振动恢复力会逐渐减小，使振动频率降低：原子相对运动会随温度的升高而加剧，使得原子之间及晶胞之间的相互作用减弱，致使声学模和光学模皆出现红移现象。随着温度的升高，峰宽逐渐增宽。这是由于随者温度的升高声子数逐渐增加，增加的声子进一步增加广散射概率，从而降低了声子的平均寿命，而声子的平均寿命与峰宽成反比，因此随着温度的升高峰宽逐渐增宽。声子模强度随温度升高呈现不同规律，E:（LA），E（TA），E（TA)和A；（LA)声子模随着温度升高强度单调增加，而
造成原因是由于当温度高于138K时，高能量的声子分裂成多个具有更低能量的声子所致，关键词4H-SiC；拉曼光谱；声学模；光学模
中图分类号：0474
引言
文献标识码：A
DOI : 10. 3964/j. issn. 1000-0593(2014 )01-0108-03
上["]。本文将利用拉曼技术对应用最广泛的4H-SiC进行材料的低温特性研究。
宽带隙半导体材料因其具有宽带隙、高临界击穿电场、
1实验部分
高热导率、高载流子饱和漂移速度等特点，成为制备高温、
高功率、高压、高频、抗辐射器件的首选材料1.2]。SiC基器件高温特性的研究已有较多报道3.4]，然而其低温特性受到的关注较少。利用S汇C材料制备的器件在太空探测应用中，除了要考器件高温稳定性外，低温可靠性也是必须考虑的，除此之外，在地面磁悬浮交通系统以及医学诊断方面的低温仪器中，电子元件和系统的低温可靠性也是研究的重点内容5.6]。Sic基器件的低温稳定性很大程度上取决于Sic 材料的低温特性，因此研究SiC材料的低温特性对于研究 SiC基器件的低温稳定性具有十分重要的意义。拉受散射作为一种快速非破坏性测试技术，可以直接探测受能带结构和载流子运动行为严重影响的半导体材料内的晶格振动了。拉受模的频率、线宽等都会由于温度的改变或机械应力的变化而发生变化，由此得到的信息可以进一步提供晶格动力学的有关信息，为高温大功率S汇器件提供良好的检测手段。因此，拉曼光谱学的温度特性被广泛应用在各种半导体材料
收稿日期：2013-03-17，修订日期：2013-06-25
实验采用的样晶是从北京天科合达蓝光半导体有限公购买的偏8°N型4H-SiC衬底材料，厚度330um，Si面抛光，掺杂浓度为2X101°cm-。低温特性测试仪器采用法国JY 公司的LabRAMHR-800高分辨显微拉曼光谱仪，分辨率为 0.1cm-1，激发光选用Ar+激光的514.5nm。变温范围为30 ～300K，温度间隔54K，扫描范围为160～1100cm-1，测试方式选用背散射。
结果与讨论 2
4H-SiC具有钎锌矿结构，在点群中属Cv，原胞中共有
8个原子。在背散射条件下，根据晶格振动模的群论选择定则，4H-SiC单晶材料的声子模是拉曼活性的共有10条（3A 十3E:十4E)]。实验中只观察到7条（从低波数至高波数依次是: Ea(LA),E (TA),E (TA),AI (LA),E(TO),E
（96000909009
作者简介：苗瑞霞，女，1976年生，西安邮电大学电子工程学院讲师
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