[发明专利]一种测量光学带隙的方法和系统

说明书

本发明提供了一种测量光学带隙的方法和系统，包括采用椭偏仪对待测样品进行测量获得椭偏数据测量值；对椭偏数据进行建模及拟合计算，判断拟合计算得到的拟合值是否接近测量值，若是，利用拟合所得色散方程参数反推计算，获得待测样品的折射率和消光系数随波长变化的色散曲线；根据色散曲线以及吸收系数公式获得待测样品的吸收系数；根据吸收系数和Tauc公式求出待测样品的光学带隙。由于椭偏仪具有测量精度高、对衬底材料透明度没有要求的特点，因此，不仅能够精确地实现光学带隙的测量，而且能够极大地拓展光学带隙测量的适用范围，尤其针对不透明衬底或单面抛光衬底上的薄膜材料、不透明材料、多层或复杂膜结构材料等具有良好的测量效果。

技术领域

本发明涉及半导体性能检测技术领域，更具体地说，涉及一种测量光学带隙的方法和系统。

背景技术

光学带隙是半导体材料的一个重要特征参量，其大小主要取决于半导体的能带结构，即与晶体结构和原子的结合性质等有关。它反映了价电子被束缚的强弱程度，也就是产生本征激发所需要的最小能量。无论是对于半导体材料性质的研究，还是新型光电器件的设计开发，光学带隙的测量都具有重要意义。

其中，半导体材料的光学带隙可以通过光谱方法测得，通常使用紫外-可见分光光度计通过透射或反射的方式，测量样品在不同波长下的吸光度，进而推算出光学带隙值。但是，紫外-可见分光光度计在实际使用中有许多限制：透射式测量仅适用于透明的样品，如液态样品、透明块体样品或镀在透明且双面抛光的衬底上的透明薄膜样品，并且，要求提供参考样品用于去除背底干扰，由于参考样品和实际样品存在加工精度误差以及衬底背面污染等问题，因此，薄膜样品的测量结果往往很难完全排除衬底的影响，测量误差较大；反射式测量多用于粉末样品测试，对于薄膜样品，由于其无法去除衬底反射的干扰，不能得到单纯的薄膜吸光度，因此，也无法准确推算出光学带隙值。

诸如此类，由于采用紫外-可见分光光度计测量半导体材料的光学带隙存在以上诸多问题，因此，导致许多新型材料(如不透明材料、镀在不透明衬底上的薄膜材料等)的光学带隙无法得到有效、精确测量，阻碍了半导体材料性质的研究。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种测量光学带隙的方法和系统，以精确、有效地实现材料光学带隙的测量。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种测量光学带隙的方法，包括：

采用椭偏仪对待测样品进行光学测量，获得椭偏数据测量值；

对椭偏数据进行建模及拟合计算，判断拟合计算得到的椭偏数据拟合值是否接近所述椭偏数据测量值，若是，利用拟合所得色散方程参数反推计算，获得所述待测样品的折射率和消光系数随波长变化的色散曲线；

根据所述色散曲线以及吸收系数公式获得所述待测样品的吸收系数；

根据所述吸收系数和Tauc公式求出所述待测样品的光学带隙。

可选地，所述椭偏数据包括：不同波长下，入射到所述待测样品上的光线与所述待测样品反射出的光线的振幅之比和相位差。

可选地，对椭偏数据进行建模及拟合计算，包括：

根据所述待测样品的结构建立样品结构模型；

根据所述待测样品的不同材料特征选择合适的色散方程和拟合算法；

将所述色散方程和拟合算法代入所述样品结构模型中对椭偏数据进行拟合计算。

可选地，所述吸收系数公式为：

α＝4πκ/λ；

其中，α为吸收系数，κ为消光系数，λ为波长。

可选地，所述Tauc公式为：