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半导体材料与晶圆
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看见二维半导体 08|4英寸MoS₂晶圆均匀吗?
2026-09-01

PL Mapping已经显示晶圆存在低信号区和左下异常。Raman Mapping进一步从晶格振动、峰间距和衬底响应角度验证这些空间差异,并形成晶圆级多参数评价闭环。

典型Raman峰间距约18.3 cm⁻¹

晶圆典型Raman光谱在约385.2 cm⁻¹和403.5 cm⁻¹附近出现两个MoS₂主要峰,峰间距约18.3 cm⁻¹,具有单层MoS₂的典型特征。约418.1、586.1和749.3 cm⁻¹等峰主要与蓝宝石衬底有关。

图1 、4英寸晶圆典型Raman光谱及峰归属参考


汇总光谱:主体一致,少数位置峰间距增大

5000余条Raman光谱中没有出现明显特殊曲线,说明与小片样品相比,晶圆Raman数据中的孤立杂质信号较少。局部光谱仍表现出两个主要峰距离增大的现象,但占比有限。

这意味着晶圆主体区域的Raman特征较为集中,但“总体集中”不等于“处处相同”。是否均匀仍需要回到峰位和峰宽Mapping。

图2、 4英寸晶圆Raman汇总光谱


Raman与PL在部分区域相互对应

Raman峰强图与PL峰强图存在部分相似性:PL较强的区域,Raman信号也往往较高。但在晶圆中心和左侧部分区域,两种信号并不完全同向,说明绝对强度同时受不同物理机制影响。

峰位方面,两个Raman峰在左下异常区均呈现明显变化,与PL峰位异常位置相互对应。对工艺分析而言,这种“不同测试方法在同一坐标出现异常”比单一参数的颜色变化更有价值。

图3、4英寸晶圆Raman峰强与峰位Mapping


峰间距Mapping:绝大部分区域集中在18—19 cm⁻¹

将A₁g峰位减去E¹₂g峰位后,绝大部分有效区域集中在18—19 cm⁻¹,提示晶圆主体具有较一致的单层光谱特征。较大峰间距主要出现在晶圆中心和三个缺口边缘附近。

缺口边缘可能存在膜层终止、局部应力释放、信号混合或拟合质量下降。正式评价时,应将缺口边缘与完整覆盖区分开统计,避免少量边缘像素影响整片均匀性结论。

图4、英寸晶圆峰间距分区与层数参考


MoS₂与蓝宝石应变趋势需要分开看

报告依据两个MoS₂峰的文献应变系数绘制了应变趋势图。除中心个别位置外,晶圆大部分区域处于较低且相近的变化范围,左下异常区的趋势也可在两种模式中观察到。

宝石约418 cm⁻¹峰的Mapping则呈现完整圆形衬底轮廓,没有复现MoS₂膜层的三个缺口,这支持该峰主要来自蓝宝石。换算结果显示衬底整体变化较小,但仍应把它理解为在既定参考与系数下的相对趋势,而不是绝对应力认证。

图5、基于MoS₂两个Raman模式得到的应变趋势

图6、基于蓝宝石约418 cm⁻¹峰得到的衬底应变趋势


从案例到测试解决方案

本次系列从一条光谱讲到整片晶圆,展示了完整的数据链:先用PL观察发光响应,再用Raman识别结构与峰间距,通过Mapping定位空间差异,最后把异常位置与层数、应变和衬底信号进行交叉分析。

对于二维半导体材料研发,这套方法可用于生长工艺筛查、批次对比、覆盖率与均匀性评价、异常区定位和后续高分辨率表征选点。

足球雷速比分提供的不只是原始谱图,而是把光谱参数转化为可用于材料与工艺讨论的空间信息。

"至此,我们已经用 Raman 与 PL 两种手段构建了二维材料的多参数评价体系。但还有一类信息 —— 晶体对称性与晶畴取向 —— 是 Raman 和 PL 难以直接触及的。



下期预告 Next Episode Preview 下一期,我们将引入第三种光学表征手段:SHG 二次谐波,看看它如何从非线性光学的视角,' 看见 ' 晶粒边界与晶体对称性。敬请期待!


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