非晶矽薄膜與高溫超導體相變之拉曼散射研究

Abstract

拉曼微測技術可探討雷射與物質作用中及作用後局部的相變現象。非晶矽膜的雷射退 火與高溫超導（１２３７）氧化物的雷射加熱皆經詳細檢驗。在雷射退火前，非晶矽 膜的拉曼譜線為一寬帶。經雷射作用後，除反射率改變外，譜線也變得尖銳而類似單 晶矽。但脈衝電射的作用，則產生環狀圖形。由於拉曼強度與反射率下凹性的存在， 顯示結晶與非晶化間的競逐。在皮秒雷射以適當能量密度連續兩次照射後，拉曼強度 的降低可證實己結晶矽膜的非晶化。再者，由於穿透率的增加，顯示非晶矽可做為可 拭性光學記錄的材料。這些現象可歸因於爆炸式結晶與雷射淬火。若考慮反射率的差 別，３３７ｎｍ與５８０ｎｍ波長有相同的退火臨界能量。由位置解析拉曼光譜與反 射率可知拉曼強度與光學性質的互補相關性。退火區域的應變可藉與單晶矽拉曼頻率 的差值加以分析。此外結晶區域拉曼強度有０•５至超過４倍的增強現象可由退火後 微結構的雙共振效應加以解釋。利用雷射偵測及加熱，除３４１，４３５和５５６㎝ -1弱譜線外，鏑鋇銅氧的三條主要拉曼譜線落在５０１，５９７，６０８㎝-1，而釔 鋇銅氧則在５０２，５９９，６０９㎝-1。在此，首次可重複觀察到這兩種樣品的拉 曼光譜在６００㎝-1附近有分裂的現象。此分裂並非來自Ｙ2ＢａＣｕＯ5雜相，而是 由於結構中同平面銅氧振動的非簡併Ｂ2ｇ 和Ｂ3ｇ 模態。它提供了分辨鈄方晶相與 正方晶相的方法。若增加探測功率，模態分裂漸漸變得不可解析而結合成Ｅｇ模。然 而，５０１（或５０２）㎝-1譜線則不甚變動。經高功率雷射加熱後，新出現的６３ ５㎝-1與５８８㎝-1譜線顯示ＢａＣｕＯ2 的形成。但對Ｙ2ＢａＣｕＯ5樣品而言， 則凝結為Ｙ2Ｏ3。由拉曼史托克與反史托克比值可推測樣品相變溫度約在１５０－２ ００℃之間，利用譜線位置與線寬亦驗證得到相同結果。至於己遭水破壞的釔鋇銅氧 樣品，則呈現很強的４６４㎝-1與較弱的５００㎝-1譜線。所以，雷射加熱效應的結 果在確認拉曼信號與樣品製程的雜質相有極重要的意義。