標(biāo)準(zhǔn)硅片波數(shù)定值及測(cè)量不確定度

譚云歡 李伯鴻 何曉潔 羅荷洲

摘 ?要：建立標(biāo)準(zhǔn)硅片波數(shù)值的測(cè)定方法，并對(duì)波數(shù)值的測(cè)量結(jié)果進(jìn)行不確定度評(píng)定。方法：以硅片作為樣品，用精密拉曼光譜儀測(cè)量520cm-1附近的拉曼散射信號(hào)，記錄該峰位的相對(duì)波數(shù)值。建立數(shù)學(xué)模型，分析各不確定度分量引入的不確定度，評(píng)定波數(shù)值的測(cè)量不確定度。

關(guān)鍵詞：標(biāo)準(zhǔn)硅片 ?單晶硅 ?拉曼光譜儀 ?波數(shù) ?不確定度

中圖分類號(hào)：TB9 ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2019）08（c）-0001-03

Abstract： To establish a method for standard silicon wavenumber value and evaluation of measurement uncertainty for wavenumber value. Ods： The sample is silicon wafer， measured of Raman scattering signal near 520cm-1 by a precision Raman spectrometer and recorded the relative wave value of the peak. To establish a mathematical model and analysis of the each uncertainty component. Evaluation of measurement uncertainty for wavenumber value.

Key Words： Standard silicon; Single silicon; Raman spectrometer; Wavenumber value; Measurement uncertainty

拉曼光譜是一種散射光譜，拉曼散射是分子對(duì)光子的一種非彈性散射效應(yīng)。當(dāng)用一定頻率的激發(fā)光照射分子時(shí)，一部分散射光的頻率和入射光的頻率相等。這種散射是分子對(duì)光子的一種彈性散射。只有分子和光子間的碰撞為彈性碰撞，沒(méi)有能量交換時(shí)，才會(huì)出現(xiàn)這種散射。這種散射被稱為瑞利散射。還有一部分散射光的頻率和激發(fā)光的頻率不等，這種散射被稱為拉曼散射。

拉曼光譜儀通常由激發(fā)光源、光學(xué)系統(tǒng)、樣品臺(tái)、濾光器、單色器（或干涉儀）和光電檢測(cè)器組成。激發(fā)光源發(fā)出的激光經(jīng)整形后聚焦于樣品表面，樣品受激光激發(fā)后發(fā)出帶有自身光譜信息的拉曼散射光，散射光由光學(xué)系統(tǒng)收集并經(jīng)濾光器濾除瑞利散射光，再由單色器（或干涉儀）解析得到光譜信號(hào)。

為保證儀器使用過(guò)程中始終處于良好狀態(tài)和測(cè)試數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性、可靠性及量值統(tǒng)一，須先對(duì)其進(jìn)行波數(shù)校正。依據(jù)JJF 1059-2012《測(cè)量不確定度評(píng)定與表示》，對(duì)測(cè)量結(jié)果的不確定度進(jìn)行評(píng)定。

1 ?實(shí)驗(yàn)部分

1.1 儀器設(shè)備

具體如表1所示。

1.2 儀器波數(shù)校正

1.2.1 儀器參數(shù)

激發(fā)波長(zhǎng)，780nm;光柵線對(duì)：1200;物鏡倍數(shù)，20;狹縫寬度，50μm;針孔狀態(tài)，out。

1.2.2 校正方法

按照儀器要求，開(kāi)啟激光器預(yù)熱。以低壓原子譜線燈作為樣品，測(cè)定811.531nm、826.452nm、912.297nm、922.45nm、965.779nm處譜線峰位的絕對(duì)波數(shù)值。

1.3 標(biāo)準(zhǔn)硅片波數(shù)值測(cè)定

1.3.1 儀器參數(shù)

激發(fā)波長(zhǎng)，780nm;激光功率，4mW;光柵線對(duì)，1200;曝光時(shí)間，10s;物鏡倍數(shù)，20;狹縫寬度，50μm;針孔狀態(tài)，out。

1.3.2 測(cè)定方法

以硅片作為樣品，用已校正過(guò)波數(shù)的共聚焦顯微拉曼光譜儀，測(cè)量硅片520cm-1附近的拉曼散射信號(hào)，記錄該峰位的相對(duì)波數(shù)值。

2 ?結(jié)果與討論

2.1 儀器波數(shù)校正結(jié)果

按“1.2”操作，記錄校正后的原子譜線絕對(duì)波數(shù)圖見(jiàn)圖1。數(shù)據(jù)分析見(jiàn)表2。結(jié)果拉曼光譜儀頻移示值誤差最大值為：+0.934cm-1，符合頻移示值誤差不超過(guò)±3cm-1的要求。

2.2 儀器頻移示值誤差測(cè)量不確定度

3 ?結(jié)語(yǔ)

綜上可知，可用此方法對(duì)標(biāo)準(zhǔn)硅片520cm-1附近波數(shù)定值。這是一種高靈敏、簡(jiǎn)單且數(shù)據(jù)結(jié)果準(zhǔn)確可靠的方法，可推廣使用。

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