He+ 离子辐照4H-SiC选定区域应变分布的无损评估 *
1. 摘要
碳化硅（SiC）中的残余应变极大地影响了其物理和化学性能，从而影响了SiC基器件的性能。在此，使用电子背散射衍射（EBSD）和共聚焦拉曼显微镜（CRM）的无损技术评估了选定区域He+离子照射4H-SiC的详细应变分布。除了在辐照区域引入的应变外，辐照诱导的膨胀引起的过度应变也延伸到周围的衬底中。此外，很大的压缩应变集中在辐照和未辐照区域之间的界面周围。在引入应变的衬底中，CRM检测到A1（LO）/A1（LOPC）峰变化，表明载流子密度发生了变化。
2. 样品制备
本研究使用约10×10×0.33mm3的n型4H-SiC（0001）单晶衬底（来自中芯晶研）。在室温下，用100keV He+离子以高达5.09×1016 He·cm-2的通量照射该衬底。为了清楚地区分辐照和未辐照区域，在辐照过程中，样品部分区域被直径为8mm的掩模覆盖。
照射后，使用原子力显微镜通过比较照射区域和未照射区域之间的高度差来测量照射区域的膨胀程度。使用配备EBSD探测器的场发射扫描电子显微镜，在加速电压20kV、样品倾斜70°、扫描尺寸和扫描步长分别为20×20μm²和0.1μm的条件下进行操作。EBSD图案以未压缩的12位灰度TIFF格式存储，分辨率为1392×1040像素。为了清晰地描述应变分布，选择了两个正交扫描区域，每个区域均包含辐照和未辐照部分。在一个扫描区域中，X轴垂直于辐照/未辐照界面，在另一个区域中，Y轴垂直于界面。通过使用CrossCourt 3软件分析EBSD图案获得应变。定义了256×256像素的兴趣区域（ROIs），并自动选择了20个ROIs。与SEM图像对比，确定了EBSD应变图像中辐照/未辐照界面的位置。
除了EBSD扫描区域外，还使用532nm的激光波长在室温下在拉曼显微镜（HORIBA XploRA）中进行了拉曼背散射实验，其中选择了2400个凹槽/nm的光栅和100-2000cm-1的扫描范围。激光聚焦到直径约2μm的点上。拉曼光谱数据是使用共聚焦孔径为100μm的CRM技术收集的。检测是通过点对点方法沿着从照射区域到未照射区域的方向进行的。通过用Voigt函数（即高斯分布和洛伦兹分布的加权和）拟合峰值来获得峰值位置
图1 辐照与未辐照4H-SiC衬底的应变分布测量：（a，b）EBSD、（c，d）CRM
3. 结论
通过EBSD和CRM对选定区域He+ 离子辐照的4H-SiC的详细应变分布进行了评估，其结果显示出良好的一致性。研究表明，应变不仅被引入到辐照区域，而且由于辐照诱导的膨胀效应，还延伸至未辐照的衬底中。此外，较高的压缩应变集中在辐照与未辐照区域的界面周围。相对应变程度与晶体取向显示出相关性，界面周围的应变分布可能由应变与界面方向之间的关联性决定。CRM在引入应变的衬底中观察到了A1(LO)模式峰的变化，这可能是由于应变和缺陷对该区域载流子密度的影响所致。
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