GB/T 46227-2025 半导体单晶材料透过率测试方法

　　ICS 77. 040 CCS H 21

　　中 华 人 民 共 和 国 国 家 标 准

　　GB/T 46227—2025

　　半导体单晶材料透过率测试方法

　　Testmethod fortransmittanceofsemiconductorsinglecrystalmaterials

　　2025-08-29发布 2026-03-01实施

　　国家市场监督管理总局国家标准化管理委员会

　　

　　发

　　

　　布

　　GB/T 46227—2025

　　前 言

　　本文件按照 GB/T 1. 1—2020《标准化工作导则 第 1部分 :标准化文件的结构和起草规则》的规定起草 。

　　请注意本文件的某些内容可能涉及专利 。本文件的发布机构不承担识别专利的责任 。

　　本文件由全国半导体设备和材料标准化技术委员会(SAC/TC203) 与全国半导体设备和材料标准化技术委员会材料分技术委员会(SAC/TC203/SC2)共同提出并归 口 。

　　本文件起草单位 : 中国电子科技集团公司第四十六研究所 、有色金属技术经济研究院有限责任公司 、江苏第三代半导体研究院有限公司 、松山湖材料实验室 、新美光(苏州)半导体科技有限公司 、有研国晶辉新材料有限公司 、安徽光智科技有限公司 、天通银厦新材料有限公司 、广东先导微电子科技有限公司 、中电晶华(天津)半导体材料有限公司 、中国电子科技集团公司第十三研究所 、南京盛鑫半导体材料有限公司 、山东有研半导体材料有限公司 、山东天岳先进科技股份有限公司 、广东天域半导体股份有限公司 、北京天科合达半导体股份有限公司 、云南驰宏国际锗业有限公司 、杭州镓仁半导体有限公司 、浙江海纳半导体股份有限公司 、甬江实验室微谱(浙江)技术服务有限公司 、昆山海菲曼科技集团股份有限公司 、河南中宜创芯发展有限公司 。

　　本文件主要起草人 :李静 、何 烜 坤 、李 素 青 、许 蓉 、齐 海 涛 、索 开 南 、胡 伟 、王 英 明 、齐 兴 旺 、欧 琳 芳 、郝文娟 、孙雪峰 、李明达 、王阳 、王银海 、夏秋良 、朱晓彤 、张红岩 、丁雄杰 、佘宗静 、匡子登 、夏宁 、沈益军 、吴杰 、边仿 、孙毅 、李欢欢 。

　　Ⅰ

　　GB/T 46227—2025

　　半导体单晶材料透过率测试方法

　　1 范围

　　本文件描述了半导体单晶材料在波长 0. 2 μm~ 300 μm 范围内透过率的测量方法 。

　　本文件适用于硅 、锗 、磷化铟 、硒化镉 、硫化镉 、碳化硅 、氮化镓 、氧化镓 、蓝宝石 、金刚石等半导体单晶材料透过率的测定 。

　　2 规范性引用文件

　　下列文件中的内容通过文中的规范性引用而构成本文件必不可少的条款 。其中 , 注 日期的引用文件 ,仅该日期对应的版本适用于本文件 ;不注日期的引用文件 ,其最新版本(包括所有的修改单) 适用于本文件 。

　　GB/T 8170 数值修约规则与极限数值的表示和判定

　　GB/T 13962 光学仪器术语

　　GB/T 14264 半导体材料术语

　　3 术语和定义

　　GB/T 14264和 GB/T 13962界定的以及下列术语和定义适用于本文件 。

　　3. 1

　　透过率 transmittance

　　透射比

　　光线通过样品时透过的光通量与起始光通量的百分比 。

　　3.2

　　透过率均匀性 transmittancehomogeneity

　　样品一定区域内透过率分布情况 。

　　3.3

　　背景光谱 background spectrum

　　在红外光谱仪中 ,无样品存在的情况下测量获得的谱线 。

　　注 : 通常包括空气或吹扫氮气等信息 。

　　3.4

　　样品光谱 samplespectrum

　　用测量样品的光谱扣除背景光谱后获得的谱线 。

　　注 : 在用双光束仪器 ,将样品放置于样品光路 ,参比光路 空 着 时 获 得 ; 在 用 傅 立 叶 变 换 红 外 光 谱 仪 及 单 光 束 光 谱 仪时 ,用测量样品的光谱扣除背景光谱后获得 。

　　4 方法原理

　　当一定频率的红外光 、可见光 、紫外光通过半导体单晶时 , 由于材料的本征吸收 ,表面散射以及其内

　　1

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　　部存在的晶格点阵缺陷 、自 由载流子等因素对入射光的吸收 ,导致入射光能量出现损失 ,光强度降低 ,用入射光透过样品后的光通量与入射起始光通量的百分比来表征透过率 。测量设备采集对应的波长光强 ,得到测量样品谱图 ,通过扣除背景光谱后得到测量样品的透过率谱图 。

　　5 干扰因素

　　5. 1 具有光学各向异性的双折射晶体 ,非偏振入射光通过双折射晶体时会发生偏光化 ,入射光会分解为 2种振动方向互相垂直且传播速度不等的偏光 。可用偏振片减少透过样品的光通量损失 ,提高透过率测量数值的准确性 。

　　5.2 红外光谱仪光源是聚焦光 , 由于折射 、样品表面反射等因素 ,会影响透过率测量精度 。 可用平行光附件减少测量设备聚焦光源带来的测量误差 ,提高样品透过率的测量精度 。

　　6 试验条件

　　6. 1 测量环境温度为 24 ℃ ±4 ℃ ,相对湿度不大于 60% 。

　　6.2 测量实验室应清洁 ,无机械冲击 、振动 、电磁干扰 、腐蚀性气体 。

　　7 仪器设备

　　7. 1 红外光谱仪

　　光谱范围为 33 cm- 1 ~4000 cm- 1 (2. 5 μm~ 300 μm) ,仪器分辨率不低于 4 cm- 1 。

　　7.2 紫外、可见、近红外分光光度计

　　光谱范围为 4000 cm- 1 ~ 50 000 cm- 1 (0. 2 μm~ 2. 5 μm) ,光谱带宽通常为 2 nm。

　　7.3 量具设备

　　精度优于 0. 01 mm。

　　7.4 样品架

　　样品置于样品架上 ,样品架应垂直于测量光束的轴线方向 ,避免测量光束从样品的旁路通过 。

　　8 样品

　　样品应双面抛光 ,厚度宜不超过 10 mm ,厚度差应不大于 0. 01 mm;样品尺寸应满足测量设备样品架规格要求 。一般用途(如制备光学窗口 、光学透镜等) 的样品表面粗糙度(Ra) 宜不大于 10 nm;特殊用途(如制备探测器 、激光器等)的样品表面粗糙度(Ra) 宜不大于 1 nm。探测器用样品的两面平行度宜不大于 1';激光器用样品视实际产品而定 ,通光面平行度宜不大于 10″,样品表面应洁净 。

　　9 试验步骤

　　9. 1 开机稳定半小时后 ,设置仪器的分辨率 、波数或波长范围 、扫描次数等测量参数 。

　　9.2 测量仪器 100%基线的噪声水平 。对双光束仪器 ,在样品及参比光路都空着的情况下记录透过光

　　2

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　　谱 。对单光束仪器 ,在样品光路空着的情况下先后 2 次记录的光谱之比获得透过光谱 。测量波长范围内透过光谱的 100%基线应达到 100%±0. 5% 。

　　9.3 检查红外光谱仪中刻度的线性度 ,测量厚度不大于 2 mm 的双面抛光本征区熔硅单晶片在 2000 cm-1 ~ 4000 cm-1波数范围内扣 除 空 气 背 景 的 样 品 光 谱 图 , 测 量 时 应 监 测 和 补 偿 消 除 水 汽 (3 600 cm- 1 ~ 4 000 cm-1)和二氧化碳(2 300 cm- 1 ~ 2 400 cm-1 ) 吸 收 带 的 干 扰 , 保 证 区 熔 硅 样 品 在 2 000 cm- 1 ~ 4000 cm-1波数范围内透过率达到 53. 8%±1% 。

　　9.4 对于单光束仪器 ,应在仪器光路空着时先测量仪器的背景光谱 ,再测量样品光谱 ; 对 于 双 光 束 仪器 ,可同时测量仪器的背景光谱和样品光谱 。

　　9.5 将样品放入样品室 ,仪器光束应垂直通过样品的测量位置 ,再测量样品光谱 。具有光学各向异性的双折射晶体 ,测量时仪器入射光应垂直于样品的光轴面 。

　　9.6 根据样品的用途和制样情况 ,样品分为 “圆形 ”和 “方形 ”两种形状 ,确定一种选点方案测量样品透过率均匀性 。把样品置于大尺寸微动台装置上 ,按测量区域精确调整测量位置 , 实现点 、线 、面扫描测量 。仪器光束从样品的测量面垂直入射 ,在测量光斑不叠加的情况下 ,根据样品大小调整光阑孔径 。如果样品尺寸太小 ,测量光斑有叠加 ,应按照实际情况调整测量点数和测量位置 。

　　9.7 点扫描方案 :在圆形样品上至少选取 5个测量点 ,1个中心点和 4个边缘点,如图 1a)所示 , 中心点位置为任意 2 条至少成 45°相交的直径交点(2条直径应避开测量样品定位边) ,偏离样品中心不大于1. 0 mm。4个边缘点的位置 ,分别选在 2条相互垂直的直径上 ,距各边缘 4. 0 mm±0. 5 mm。在方形样品上至少选取 5个测量点,如图 1b)所示 , 中心点选在两邻边中垂线的交点上 ,4个边缘点的位置分别选在 4边的中垂线上 ,距各边缘 4. 0 mm±0. 5 mm。

　　a) 圆形样品点扫描示意图 b) 方形样品点扫描示意图

　　图 1 样品 5 点测量选点位置示意图

　　9. 8 线扫描方案 :根据样品尺寸选取不同数目的测量点(1个中心点和多个等间距点) 。在圆形样品上至少选取 1条直径 , 中心点的位置为任意 2条至少成 45°相交的直径交点(2条直径应避开测量样品定位边) ,偏离样品中心不大于 1. 0 mm ,如图 2a) 所示 ,各等间距点的位置选在与主参考面平行无副参考面一侧的半径上 ;也可选择以此半径为起点,向远离主参考面方向旋转 45°~ 135°范围内的任意半径上 。从距边缘 4. 0 mm 的第一点起,点间距可分别设置为 1. 0 mm 或者 2. 0 mm ,依次测量各点至距样品中心小于 0. 25 mm 为止 。在方形样品上至少选取 1 条两邻边垂线 , 中心点选在两邻边中垂线的交点上 ,如图 2b)所 示 , 各 等 间 距 点 的 位 置 从 距 边 缘 4. 0 mm 的 第 一 点 起, 点 间 距 可 分 别 设 置 为 1. 0 mm 或 者2. 0 mm ,依次测量各点至距样品中心小于 0. 25 mm 为止 。

　　3

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　　a) 圆形样品线扫描示意图 b) 方形样品线扫描示意图

　　图 2 样品线扫描测量选点位置示意图

　　9.9 面 扫 描 方 案 : 从 距 圆 形 样 品 或 方 形 样 品 边 缘 4. 0 mm 的 第 一 点 起 , 以 固 定 点 距 6 mm 和 线 距10 mm 进行全片扫描 。测量点数以样品尺寸和均匀性精度要求来确定 ,如图 3a)和图 3b)所示 。

　　a) 圆形样品面扫描示意图 b) 方形样品面扫描示意图

　　图 3 样品面扫描测量选点位置示意图

　　9. 10 在样品的同一测量位置重复测量 3 次 ,取测量结果的平均值 。

　　10 试验数据处理

　　10. 1 样品透过率按公式(1)进行计算 。

　　T 2 e-κL × 100% … … … … … … … … … …

　　式中 :

　　T — 透过率 ;

　　I — 透过光辐射强度 ,单位为瓦每球面度(W · sr-1) ;

　　I0 — 入射光辐射强度 ,单位为瓦每球面度(W · sr-1) ;

　　r — 反射系数 ;

　　κ — 测量样品的吸收系数 ,单位为每毫米(mm-1) ;

　　L — 测量样品的厚度 ,单位为毫米(mm) 。

　　数值修约按 GB/T 8170的规定进行 ,计算结果保留 4位有效数字 。

　　10.2 样品点扫描方案透过率均匀性(ROV)按公式(2)进行计算 。

　　4

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　　ROV= To × 100% … … … … … … … … … …

　　式中 :

　　To — 中心点透过率数值 ;

　　T —4个边缘点透过率的平均值 。

　　10.3 样品线扫描方案透过率均匀性(ROV)按公式(3)进行计算 。

　　ROV=[Tmax -Tmin]/To × 100% … … … … … … … … … … ( 3 )

　　式中 :

　　Tmax— 测得的最大透过率数值 ;

　　Tmin — 测得的最小透过率数值 ;

　　To — 中心点透过率数值 。

　　10.4 样品面扫描方案透过率均匀性(ROV)按公式(4)进行计算 。

　　ROV

　　式中 :

　　Ti — 每次测量的透过率的值 ;

　　Tn — 所有点透过率的平均值 ;

　　n — 采样点的总数 。

　　11 精密度

　　选取不同的半导体单晶材料 ,在不同实验室测量其在中红外波段 、可见波段 、紫外波段 、近红外波段范围内的透过率 。实验室内相对标准偏差应不大于 0. 5% ;实验室间相对标准偏差应不大于 3% 。

　　12 试验报告

　　试验报告应包括以下内容 :

　　a) 样品名称 、编号和数量 ;

　　b) 样品类型 、厚度及测量区域大小 ;

　　c) 环境条件 ;

　　d) 设备信息 ;

　　e) 测量透过率均匀性的选点方案 ;

　　f) 透过率或透过率均匀性测量结果 ;

　　g) 本文件编号 ;

　　h) 测量者 ;

　　i) 测量日期 。

　　5