标准硅片波数定值及测量不确定度

谭云欢 李伯鸿 何晓洁 罗荷洲

摘  要：建立标准硅片波数值的测定方法，并对波数值的测量结果进行不确定度评定。方法：以硅片作为样品，用精密拉曼光谱仪测量520cm-1附近的拉曼散射信号，记录该峰位的相对波数值。建立数学模型，分析各不确定度分量引入的不确定度，评定波数值的测量不确定度。

关键词：标准硅片  单晶硅  拉曼光谱仪  波数  不确定度

中图分类号：TB9   文献标识码：A 文章编号：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

拉曼光谱是一种散射光谱，拉曼散射是分子对光子的一种非弹性散射效应。当用一定频率的激发光照射分子时，一部分散射光的频率和入射光的频率相等。这种散射是分子对光子的一种弹性散射。只有分子和光子间的碰撞为弹性碰撞，没有能量交换时，才会出现这种散射。这种散射被称为瑞利散射。还有一部分散射光的频率和激发光的频率不等，这种散射被称为拉曼散射。

拉曼光谱仪通常由激发光源、光学系统、样品台、滤光器、单色器（或干涉仪）和光电检测器组成。激发光源发出的激光经整形后聚焦于样品表面，样品受激光激发后发出带有自身光谱信息的拉曼散射光，散射光由光学系统收集并经滤光器滤除瑞利散射光，再由单色器（或干涉仪）解析得到光谱信号。

为保证仪器使用过程中始终处于良好状态和测试数据的准确性、可靠性及量值统一，须先对其进行波数校正。依据JJF 1059-2012《测量不确定度评定与表示》，对测量结果的不确定度进行评定。

1  实验部分

1.1 仪器设备

具体如表1所示。

1.2 仪器波数校正

1.2.1 仪器参数

激发波长，780nm;光栅线对：1200;物镜倍数，20;狭缝宽度，50μm;针孔状态，out。

1.2.2 校正方法

按照仪器要求，開启激光器预热。以低压原子谱线灯作为样品，测定811.531nm、826.452nm、912.297nm、922.45nm、965.779nm处谱线峰位的绝对波数值。

1.3 标准硅片波数值测定

1.3.1 仪器参数

激发波长，780nm;激光功率，4mW;光栅线对，1200;曝光时间，10s;物镜倍数，20;狭缝宽度，50μm;针孔状态，out。

1.3.2 测定方法

以硅片作为样品，用已校正过波数的共聚焦显微拉曼光谱仪，测量硅片520cm-1附近的拉曼散射信号，记录该峰位的相对波数值。

2  结果与讨论

2.1 仪器波数校正结果

按“1.2”操作，记录校正后的原子谱线绝对波数图见图1。数据分析见表2。结果拉曼光谱仪频移示值误差最大值为：+0.934cm-1，符合频移示值误差不超过±3cm-1的要求。

2.2 仪器频移示值误差测量不确定度

3  结语

综上可知，可用此方法对标准硅片520cm-1附近波数定值。这是一种高灵敏、简单且数据结果准确可靠的方法，可推广使用。

参考文献

[1] 国际开源拉曼光谱数据库RRuff[EB/OL].http：//rruff.info/silicon/display=default/.

[2] JJF 1544-2015，拉曼光谱仪校准规范[S].北京：中国标准出版社，2015.

[3] JJF 1059-2012，测量不确定度评定与表示[S].北京：中国质检出版社，2012.

[4] CNAS-GL002 2018，能力验证结果的统计处理和能力评价指南[Z].2018.