專利名稱：一種快速無(wú)損測(cè)量石墨烯薄膜厚度與能帶結(jié)構(gòu)的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種測(cè)量石墨烯薄膜厚度與能帶結(jié)構(gòu)的方法，具體涉及一種在22納米后大規(guī)模集成電路制造中應(yīng)用的快速無(wú)損測(cè)量石墨烯薄膜能帶結(jié)構(gòu)的方法，屬于半導(dǎo)體集成電路制造技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
隨著半導(dǎo)體技術(shù)的不斷發(fā)展，摩爾定律的不斷延展與縱深使得硅基集成電路器件尺寸距離其物理極限越來(lái)越近。國(guó)際半導(dǎo)體發(fā)展路線圖ITRS已經(jīng)規(guī)劃16納米特征尺寸技術(shù)中的MOSFET材料與工藝，其中MOSFET中最重要的是柵極氧化物層的選擇與控制，例如 TiO2、摻鋁氧化鈦、氧化鉿、氧化鋯等，然而如何對(duì)超薄膜(物理厚度<10納米)進(jìn)行無(wú)損快速品質(zhì)評(píng)估特別是能帶結(jié)構(gòu)的測(cè)量是一個(gè)重要問(wèn)題?；诠鈱W(xué)方法結(jié)合物理計(jì)算建立一種快速無(wú)損測(cè)定超薄膜納米級(jí)別的品質(zhì)評(píng)估辦法是提高22納米后大規(guī)模集成電路工藝良率的重要因素之一。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提出適應(yīng)面寬、測(cè)量精度高的快速無(wú)損測(cè)量石墨烯薄膜厚度與能帶結(jié)構(gòu)的方法，以解決調(diào)節(jié)能隙過(guò)程中的能帶結(jié)構(gòu)測(cè)量與厚度擬合。本發(fā)明提出的快速無(wú)損測(cè)量石墨烯薄膜厚度與能隙的方法，是基于光學(xué)方法結(jié)合物理計(jì)算而建立的，具體步驟包括
提供需要測(cè)量的石墨烯薄膜； 利用橢圓偏振技術(shù)得到所述石墨烯薄膜的橢偏數(shù)據(jù)； 根據(jù)所述石墨烯薄膜的結(jié)構(gòu)建立合適的理論模型；
在所建立的理論模型基礎(chǔ)上對(duì)所得到的橢偏數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和擬合，得到所述石墨烯薄膜的能帶結(jié)構(gòu)分析。進(jìn)一步地，所述的石墨烯薄為若干層還原的氧化石墨烯薄膜(FRGO)、GO等超薄薄膜。所述的理論模型為L(zhǎng)orentz振子模型。本發(fā)明在密度泛函(DFT)模擬計(jì)算的理論基礎(chǔ)上，選用合適的模型(例如Lorentz 振子模型)，用橢圓偏振光譜法對(duì)超薄石墨烯薄膜中的缺陷能級(jí)進(jìn)行探測(cè)，提供了一種非破壞性和非接觸式探測(cè)研究石墨烯薄膜能帶結(jié)構(gòu)漸變的方法。非破壞性和非接觸式光學(xué)探測(cè)可以突破目前所有工藝條件限制，并且可以直接集成在石墨烯薄膜生長(zhǎng)設(shè)備例如ALD或者 CVD上，進(jìn)而可以原位監(jiān)視和控制能隙大小。本發(fā)明大大簡(jiǎn)化了以往石墨烯薄膜能隙變化測(cè)試的復(fù)雜性、降低了利用其它技術(shù)工藝實(shí)施的困難程度，比較其它技術(shù)手段可以顯著增加檢測(cè)速度，在22納米后大規(guī)模集成電路制造中具有重要應(yīng)用價(jià)值。


圖1為橢偏所測(cè)石墨烯薄膜的結(jié)構(gòu)。圖2 (a) (c)為GO和FRGO薄膜的橢偏參數(shù)的實(shí)驗(yàn)(實(shí)線)和擬合曲線，(b) (d) 為GO和FRGO的擬合所得的折射率η和消光系數(shù)k。圖3為(a) (c)為GO和FRGO薄膜的橢偏參數(shù)的實(shí)驗(yàn)和擬合曲線(點(diǎn))，(b) (d)為 GO和FRGO的擬合所得的折射率η和消光系數(shù)k。圖4為氧化石墨烯還原過(guò)程中的能帶結(jié)構(gòu)的變化圖標(biāo)。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖與具體實(shí)施方式
對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的說(shuō)明。本發(fā)明所提出的測(cè)量石墨烯薄膜能隙漸變的方法可以適用于FRGO、GO等石墨烯薄膜電子能隙的測(cè)量，以下所敘述的是以GO薄膜被還原前后的能隙改變的探測(cè)為實(shí)施例的工藝流程。首先，在硅襯底101上生長(zhǎng)一層SiO2薄膜102，再將GO或者FRGO轉(zhuǎn)移到SiO2上， 生成薄膜103，如圖1所示。接下來(lái)，利用橢圓偏振技術(shù)得到GO和FRGO薄膜的橢偏數(shù)據(jù)，GO和FRGO薄膜的光譜如圖2(a) (c)中的實(shí)線部分所示。接下來(lái)，建立理論模型，這里我們使用經(jīng)典的Lorentz振子模型來(lái)進(jìn)行分析。用 Lorentz振子所描述的復(fù)介電常數(shù)可表示為
權(quán)利要求
1.一種測(cè)量石墨烯薄膜厚度與能帶結(jié)構(gòu)的方法，其特征在于具體步驟為(1)提供需要測(cè)量的超薄石墨烯薄膜；(2)利用橢圓偏振技術(shù)得到所述石墨烯薄膜的橢偏數(shù)據(jù)；(3)根據(jù)所述石墨烯薄膜的結(jié)構(gòu)建立合適的理論模型；(4)在所建立的理論模型基礎(chǔ)上對(duì)所得到的橢偏數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和擬合，得到所述石墨烯薄膜的厚度與能帶結(jié)構(gòu)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的測(cè)量石墨烯薄膜厚度與能隙的方法，其特征在于，所述的超薄薄膜為若干層還原的氧化石墨烯薄膜。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的測(cè)量石墨烯薄膜厚度與能隙的方法，其特征在于，所述的理論模型為L(zhǎng)orentz振子模型；用Lorentz振子模型所描述的復(fù)介電常數(shù)表示為
全文摘要
本發(fā)明屬于半導(dǎo)體集成電路制造技術(shù)領(lǐng)域，具體為一種快速無(wú)損測(cè)量石墨烯薄膜厚度與能隙的方法。本發(fā)明首先利用橢圓偏振技術(shù)得到薄膜的橢偏數(shù)據(jù)；然后根據(jù)所測(cè)薄膜的結(jié)構(gòu)建立合適的理論模型，對(duì)得到的橢偏數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和擬合，得到所測(cè)石墨烯薄膜的厚度與能帶結(jié)構(gòu)。本發(fā)明大大簡(jiǎn)化了以往超薄薄膜厚度測(cè)試的復(fù)雜性、降低了利用其它技術(shù)工藝實(shí)施的困難程度，在22納米后大規(guī)模集成電路制造中具有重要應(yīng)用價(jià)值。
文檔編號(hào)G01N33/00GK102507875SQ20111035119
公開日2012年6月20日 申請(qǐng)日期2011年11月9日 優(yōu)先權(quán)日2011年11月9日
發(fā)明者周鵬, 孫清清, 張衛(wèi), 沈彥, 王鵬飛 申請(qǐng)人:復(fù)旦大學(xué)