研究目的
开发一种利用扫描共焦拉曼光谱（SCRS）测定导电碳化硅衬底上同质外延高阻碳化硅层厚度的方法。
研究成果
所开发的SCRS方法能有效测量同质外延SiC层的厚度，具备亚微米级的横向与纵向分辨率。该方法具有无损、模型无关（除椭偏仪对比外）及抗误差干扰的特性。通过与椭偏仪和SIMS的验证结果一致，使其适用于SiC及石墨烯基器件的科研与工业应用。
研究不足
SCRS方法对层厚测量存在上下限：约500纳米以下的薄层仅显示FWHM部分变化，需进行外推计算；而厚层则受限于显微镜物镜的工作距离（通常>100微米）。该方法要求层与衬底之间存在自由载流子密度过渡区（nf约5×10^16至1×10^18 cm^-3），且由于底层衬底的漏电流影响，精确电阻率测定会受到阻碍。
1：实验设计与方法选择：
本研究采用扫描共聚焦拉曼光谱（SCRS）通过检测高阻SiC:V层与导电SiC:N衬底界面处LO声子向耦合LO声子-等离子体模的转变来测量SiC层厚度。顶层表面通过外延石墨烯生长和瑞利散射（RS）进行标记。将本方法与椭偏仪和SIMS进行对比验证。
2：样品选择与数据来源：
样品包括II-VI公司提供的导电4H-SiC衬底（离轴切割），切割为3.5×3.5 mm2小块。以半绝缘SiC:V样品作为参照。SiC:V层通过改进物理气相传输法（MPVT）在掺钒SiC衬底上生长。
3：5×5 mm2小块。以半绝缘SiC:
3. 实验设备与材料清单：设备包括Witec Alpha 300共聚焦拉曼显微镜、JA Woollam公司RC2椭偏仪、IONTOF SIMS5仪器、布鲁克DektakXT触针式表面轮廓仪，以及配备石墨坩埚、残余气体分析仪（PrismaPlus QME220）和抛光设备的生长装置。材料包含SiC粉、碳化钒（VC）粉、Ar-H2形成气体、胶体二氧化硅浆料及外延石墨烯生长前驱体。
4：实验设备与材料清单：
4. 实验流程与操作步骤：在MPVT装置中控制温度（1700-1800°C）、压力（170-190 mbar）和气体流量（12-24 SLPH）生长SiC:V层，生长时间30秒至15分钟不等。样品经化学机械抛光（CMP）处理，在SiC:V层上生长石墨烯用于表面标记。SCRS测量采用532 nm激光进行深度扫描，采集0-20 μm范围内200条光谱。通过椭偏仪和SIMS进行厚度验证。
5：实验流程与操作步骤：
5. 数据分析方法：分析拉曼光谱中LO声子模的半高宽（FWHM）、积分强度及质心位置，根据FWHM转变确定界面位置。利用几何光学修正计算厚度。SIMS数据提供钒浓度分布曲线，椭偏仪数据通过分析干涉图样提取厚度值。
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confocal Raman microscope
Alpha 300
Witec
Used for scanning confocal Raman spectroscopy (SCRS) to measure Raman spectra and determine layer thickness with high lateral and vertical resolution.
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ellipsometer
RC2
JA Woollam Co.
Used to measure layer thickness by analyzing interference patterns in reflectivity spectra for comparison with SCRS results.
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stylus surface profiler
DektakXT
Bruker
Used for depth calibration with high step-height repeatability.
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SIMS instrument
SIMS5
IONTOF
Used for Secondary Ion Mass Spectroscopy to verify vanadium doping and measure depth profiles for thickness calibration.
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residual gas analyzer
PrismaPlus QME220
Used to monitor the growth ambient during SiC layer growth.
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SiC substrate
4H off-axis
II-VI Inc.
Used as the base substrate for growing homoepitaxial SiC layers.
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