標(biāo)準(zhǔn)硅片波數(shù)定值及測量不確定度

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)值的測定方法，并對波數(shù)值的測量結(jié)果進(jìn)行不確定度評定。方法：以硅片作為樣品，用精密拉曼光譜儀測量520cm-1附近的拉曼散射信號，記錄該峰位的相對波數(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，評定波數(shù)值的測量不確定度。

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：TB9 ? 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：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，沒有能量交換時(shí)，才會出現(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、濾光器、單色器（或干涉儀）和光電檢測器組成。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。

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

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，780nm;光柵線對：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，開啟激光器預(yù)熱。以低壓原子譜線燈作為樣品，測定811.531nm、826.452nm、912.297nm、922.45nm、965.779nm處譜線峰位的絕對波數(shù)值。

1.3 標(biāo)準(zhǔn)硅片波數(shù)值測定

1.3.1 儀器參數(shù)

激發(fā)波長，780nm;激光功率，4mW;光柵線對，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 測定方法

以硅片作為樣品，用已校正過波數(shù)的共聚焦顯微拉曼光譜儀，測量硅片520cm-1附近的拉曼散射信號，記錄該峰位的相對波數(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波數(shù)圖見圖1。數(shù)據(jù)分析見表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±3cm-1的要求。

2.2 儀器頻移示值誤差測量不確定度

3 ?結(jié)語

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

參考文獻(xiàn)

[1] 國際開源拉曼光譜數(shù)據(jù)庫RRuff[EB/OL].http：//rruff.info/silicon/display=default/.

[2] JJF 1544-2015，拉曼光譜儀校準(zhǔn)規(guī)范[S].北京：中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，2015.

[3] JJF 1059-2012，測量不確定度評定與表示[S].北京：中國質(zhì)檢出版社，2012.

[4] CNAS-GL002 2018，能力驗(yàn)證結(jié)果的統(tǒng)計(jì)處理和能力評價(jià)指南[Z].2018.