氮化鎵紅外光譜擬合求取載流子濃度和遷移率

1、氮化鎵載流子濃度和遷移率的紅外光譜研究物理0802班朱少奇 劉勇 張焱韋遠志 曲國良 紅外光譜儀原理及應用簡介（張焱） 氮化鎵紅外光譜分析 1，紅外光譜法測定半導體電學量研究（朱少奇） 2，紅外光譜的膜厚測量研究（劉勇） 霍爾效應測量載流子濃度和遷移率（韋遠志 曲國良）研究綱要 傅里葉變換紅外光譜儀是非色散型的，核心部分是一臺雙光束干涉儀雙光束干涉儀，常用邁克耳孫干涉儀邁克耳孫干涉儀。 紅外光譜儀應用基礎：光譜檢測法。 紅外光譜圖：曲線表示該處波長的光被物質分子中某個對應頻率基團吸收。分子吸收紅外輻射后發(fā)生振動和轉動能級的躍遷。 按吸收峰的來源，可以將4000400cm-1的紅外光譜圖大體上分

2、為特征頻率區(qū)特征頻率區(qū)（40001300cm-1）以及指紋指紋區(qū)區(qū)。紅外光譜儀原理紅外光譜儀應用定性分析定性分析 主要用途：確定部分乃至全部分子類型及結構。 檢測原理：與標準參考物質對照和查閱標準譜圖。 當譜圖中有吸收峰重疊等情況時，需要借助其他檢測手段聯(lián)合確定物質結構。定量分析定量分析 主要用途：定量分析異構體或復雜多組分體系。 檢測原理：朗伯比爾定律 借助計算機可以提高檢測精度，自動標定所選擇的定量分析峰。 引入數(shù)學算法，和其他實驗結果對比（霍爾效應）。 我們的工作是使用紅外光譜儀獲得氮化鎵薄膜的紅外光譜圖，通過光譜圖求出氮化鎵薄膜中載流子濃度及遷移率等信息。 GaN是全球半導體研究的前沿

3、和熱點。微電子、光電子領域新型第三代半導體材料 它具有寬的直接帶隙、強的原子鍵、高的熱導率、等性質和強的抗輻照能力 在光電子、高溫大功率器件和高頻微波器件應用方面有著廣闊的前景氮化鎵（GaN）簡介 樣品結構：藍寶石（sapphire）為襯底外延生長、N型、單晶纖鋅礦結構GaN薄膜 制備方法：金屬有機化合物化學氣相淀積(MOCVD)法 研究方法：研究方法：紅外光譜法（無損紅外光譜法（無損檢測）與范德堡法（破壞性檢檢測）與范德堡法（破壞性檢測）測定測）測定GaN載流子濃度和遷載流子濃度和遷移率移率研究背景研究對象0500100015002000250030003500400045000102030

4、405060708090100波 數(shù) （ wavenumbers） w/cm-1反射率（Reflectance）%標 準 藍 寶 石 襯 底 氮 化 鎵 紅 外 光 譜 曲 線 擬 合 曲 線實 驗 曲 線GaN紅外光譜理論分析半導體紅外吸收1：帶-帶躍遷、激子躍遷、自由載流子帶內躍遷、晶格振動躍遷等等。帶-帶躍遷acb自由載流子帶內躍遷晶格振動吸收吸收邊干涉波段-膜厚測量剩余射線區(qū)reststrahlen1沈學礎，半導體光譜和光學性質，第二版（科學出版社，北京，2002）GaN紅外光譜理論分析1 A.M.El-Naggar, S.Y.El-Zaiat, SalehM.Hassan, Opti

5、cal parameters of epitaxial GaN thin film Optics & Laser Technology（2009）2 Z.C. Fenga,*,1, T.R. Yangb, Y.T. Houc, Infrared reflectance analysis of GaN epitaxial layers grown on sapphire and silicon substrates, Materials Science in Semiconductor Processing 4 (2001)3Michael.E.Thomas, et al, Freque

6、ncy and temperature dependence of the refractive index of sapphire, Infrared Physics & Technology39(1998)宏觀 微觀GaN紅外光譜理論分析1Michael.E.Thomas, et al, Frequency and temperature dependence of the refractive index of sapphire, Infrared Physics & Technology39(1998)1GaN曲線擬合及載流子濃度與遷移率的計算2004006008001

7、000120014001600180020000102030405060708090100波 數(shù) （ wavenumbers） w/cm-1反射率（Reflectance）%藍 寶 石 襯 底 標 準 譜 線 擬 合 曲 線實 驗 曲 線4005006007008009001000110012000102030405060708090100波 數(shù) （ wavenumbers） w/cm-1反射率（Reflectance）%標 準 藍 寶 石 襯 底 氮 化 鎵 紅 外 光 譜 曲 線 擬 合 曲 線實 驗 曲 線1 Z.C. Fenga, et al, Infrared reflectance

8、 analysis of GaN epitaxial layers grown on sapphire , Materials Science in Semiconductor Processing 4 (2001)紅外光譜的膜厚測量研究n1=1空氣薄膜襯底22122222332322331 ()1 ()()()()()njkrnjknjknjkrnjknjk222122312 23122322212 2312 2312232cos()12cos()rrr rRr rr r1 A.M.El-Naggar, S.Y.El-Zaiat, SalehM.Hassan, Optical parameters of epitaxial GaN thin film Optics & Laser Technology（2009）1紅外光譜的膜厚測量研究干涉振幅取極值時：1223cos()1 2122312 232122312 23()1()1MmrrEr rrrEr r1/21/21/2121/21/2(1)(1)(1)MmMmMmEEEErEE22122222332322331 ()1 ()()()()()njkrnjknjknjkrnjknjk紅外光譜的膜厚測量研究1220121sinsin1rnr紅外光譜的膜厚測量研究紅外光譜