半导体制造常见检测之拉曼光谱
拉曼光谱是一种非破坏性化学分析技术，可提供有关化学结构、相和多晶型、结晶度和分子相互作用的详细信息。它基于光与材料内化学键的相互作用。
拉曼光谱仪
拉曼是一种光散射技术，分子通过该技术散射来自高强度激光光源的入射光。大多数散射光与激光源的波长（或颜色）相同，不提供有用的信息——这称为瑞利散射。然而，少量光（通常为 0.0000001%）以不同的波长（或颜色）散射，这取决于分析物的化学结构——这称为拉曼散射。
拉曼光谱原理图
拉曼光谱具有许多峰，显示了拉曼散射光的强度和波长位置。每个峰对应一个特定的分子键振动，包括单个键如CC、C=C、NO、CH等，以及成组的键如苯环呼吸模式、高分子链振动、晶格模式等。
拉曼光谱探测材料的化学结构并提供以下信息：
化学结构和身份
相位和多态性
内在应力/应变
污染和杂质
通常，拉曼光谱是特定分子或材料的独特化学指纹，可用于快速识别材料或将其与其他材料区分开来。拉曼光谱库通常用于根据拉曼光谱识别材料——快速搜索包含数千个光谱的库以找到与分析物光谱匹配的光谱。
结合映射（或成像）拉曼系统，可以根据样品的拉曼光谱生成图像。这些图像显示了单个化学成分、多晶型物和相的分布，以及结晶度的变化。
拉曼光谱既是定性的也是定量的。
一般光谱图（峰位置和相对峰强度）提供了独特的化学指纹，可用于识别材料并将其与其他材料区分开来。实际光谱通常非常复杂，因此可以搜索全面的拉曼光谱库以找到匹配项，从而提供化学鉴定。
光谱强度与浓度成正比。通常，将使用校准程序来确定峰强度和浓度之间的关系，然后可以进行常规测量以分析浓度。对于混合物，相对峰强度提供有关组分相对浓度的信息，而绝对峰强度可用于绝对浓度信息。
拉曼光谱可用于显微分析，空间分辨率为 0.5-1 µm。使用拉曼显微镜可以进行此类分析。
乙醇和甲醇的拉曼光谱图
拉曼显微镜将拉曼光谱仪与标准光学显微镜耦合，允许样品的高放大倍率可视化和使用显微激光点的拉曼分析。拉曼显微分析很简单：只需将样品放在显微镜下、聚焦并进行测量即可。
真正的共焦拉曼显微镜可用于分析微米大小的颗粒或体积。它甚至可以用于分析多层样品中的不同层（例如，聚合物涂层），以及透明样品表面下的污染物和特征（例如，玻璃中的杂质，以及矿物中的流体/气体夹杂物）。
映射阶段允许生成拉曼光谱图像，其中包含从样品上不同位置获取的数千个拉曼光谱。可以根据拉曼光谱创建假彩色图像——这些图像显示单个化学成分的分布，以及其他影响的变化，例如相、多态性、应力/应变和结晶度。
使用拉曼分析的样品类型
拉曼光谱可用于分析许多不同的样品。一般来说，它适用于分析：
固体、粉末、液体、凝胶、浆液和气体
无机、有机和生物材料
纯化学品、混合物和溶液
金属氧化物和腐蚀
一般来说，它不适合分析：
金属及其合金
目前使用拉曼光谱的典型例子包括：
艺术与考古学——颜料、陶瓷和宝石的表征
碳材料——纳米管的结构和纯度、缺陷/无序表征
化学——结构、纯度和反应监测
地质学——矿物鉴定和分布、流体包裹体和相变
生命科学——单细胞和组织、药物相互作用、疾病诊断
药剂学——含量均匀度和成分分布
半导体 – 纯度、合金成分、固有应力/应变显微镜。