[發(fā)明專利]一種測量半導(dǎo)體薄膜材料光學(xué)帶隙的新方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 200910089681.2
• 申請日: 2009-07-29
• 公開（公告）號: CN101609002A
• 公開（公告）日: 2009-12-23
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 張曉勇;郭鐵
• 申請（專利權(quán)）人: 新奧光伏能源有限公司
• 主分類號: G01N21/25
• 分類號: G01N21/25;G01N21/41;G01B11/06
• 代理公司: 北京連城創(chuàng)新知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司
• 代理人: 劉伍堂

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于半導(dǎo)體薄膜檢測領(lǐng)域，特別涉及一種測量半導(dǎo)體薄膜材料光學(xué)帶隙的新方法。

背景技術(shù)

光在薄膜中傳播時，薄膜對光的吸收引起光強的衰減。忽略界面反射的條件下，薄膜的吸收系數(shù)和透射率的關(guān)系為：

α(λ)＝-lnT(λ)/d

而吸收系數(shù)與光學(xué)帶隙的關(guān)系，可用Tauc公式表示為：

Y=(αhν)1/2=A(hν-Eg*)]]>

因此，利用分光光度計測量膜基系統(tǒng)透射率，可以計算薄膜的光學(xué)帶隙。當(dāng)前的方法幾乎都是基于這一原理，但這些方法均存在以下三個問題：

1、未考慮光在膜基系統(tǒng)的反射對透射的影響；

2、未考慮襯底的吸收對透射的影響；

由于上述問題的存在，直接用測試得到的透過率來計算薄膜的吸收系數(shù)必然會引入較大的誤差，該誤差會導(dǎo)致計算的光學(xué)帶隙產(chǎn)生較大誤差。因此，如何利用樣品的透射和反射光譜得到準(zhǔn)確的吸收系數(shù)，是本發(fā)明要解決的一個重要技術(shù)問題。

發(fā)明內(nèi)容

針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明從理論與實驗擬合的角度對透射和反射光譜進行解譜分析，求出準(zhǔn)確的吸收系數(shù)，在此基礎(chǔ)上采用Tauc公式求出準(zhǔn)確的光學(xué)帶隙。本發(fā)明方法對現(xiàn)有技術(shù)所存在的問題進行了嚴(yán)格的計算分析和處理，可以消除光在膜基系統(tǒng)的反射對透射的影響和襯底的吸收對透射的影響這兩個問題造成的誤差，使光學(xué)帶隙的準(zhǔn)確程度大幅提升。

本發(fā)明所述一種測量半導(dǎo)體薄膜材料光學(xué)帶隙的方法，其步驟包括：

1、首先測試空白玻璃基底的反射和透射光譜，求出玻璃基底的光學(xué)參數(shù)，所述光學(xué)參數(shù)包括玻璃基底對不同波長的入射光的折射率和消光系數(shù)。

2、測試膜基系統(tǒng)的反射和透射光譜，把玻璃基底的光學(xué)參數(shù)代入反射或透射方程，對透明區(qū)的反射或透射光譜進行曲線擬合，求出薄膜厚度。

3、把玻璃基底的折射率、消光系數(shù)和薄膜厚度代入膜基系統(tǒng)的反射率和透射率方程，建立膜基系統(tǒng)的反射率、透射率與薄膜折射率和消光系數(shù)之間關(guān)系的二元方程組。

光在膜基系統(tǒng)中傳輸?shù)氖疽鈭D如圖1所示，光從空氣入射到薄膜時，在薄膜表面和膜基界面發(fā)生反射。由于薄膜厚度和光的波長相差不是太大，因此，來自薄膜表面和膜基界面的反射光之間發(fā)生干涉，該過程的反射率R_f1是各階反射光干涉的結(jié)果。同理，穿過膜基界面的光T_i1也是各階透射干涉的結(jié)果，該過程用P₁表示。在薄膜和基底中存在光的吸收分別為A_f和A_g。

穿過膜基界面的光將按照Snell定律規(guī)定的方向到達基底下表面，一部分穿過下表面成為透射光，其余部分被下表面反射回去，在界面和下表面之間發(fā)生多次反射和多次透射。由于基底的厚度遠大于?光的波長，因此，各階透射光T₁，T₂，T₃，...之間的干涉作用可以忽略。

被基底下表面反射的光到達膜基界面時，一部分被反射回基底，另一部分穿透薄膜進入空氣，成為膜基系統(tǒng)總反射的第二個組成部分，用R_f2表示。R_f2是逆向透射率，是多次透射干涉的結(jié)果。逆向透射過程用P₂、P₃...表示。P₁、P₂、P₃...之間相互獨立，不發(fā)生干涉。

因此，系統(tǒng)的總反射率和總透射率分別為：

R＝R_f1+AR_f2+BR_f3+...??????????(1)

T＝T₁+aT₂+bT₃+...?????????????(2)