SiC單晶的清洗：
SiC單晶的濕化學(xué)清洗法研究中，樣品的清洗和接觸角的測(cè)定在同一實(shí)驗(yàn)室完成，有效避免樣品的再次污染；為防止清洗過程中的污染，清洗所用的容器均是定制的聚四氟乙烯（PTFE）器皿。實(shí)驗(yàn)中嘗試了不同的濕化學(xué)清洗法，下面是主要清洗方法的流程：
1、RCA清洗法：
（1）將30mlH2SO4倒入聚四氟乙烯容器中，邊攪拌邊緩慢加入10mlH2O2，
將SiC單晶樣品放入混合液中，恒溫加熱30min；
（2）DI水沖洗3min，將樣品表面的混合液沖洗干凈，N2吹干；
（3）將30mlDI水倒入聚四氟乙烯容器中，然后加入10mlNH3OH和10mlH2O2，將樣品放入混合液中，恒溫加熱20min；
（4）DI水沖洗，N2吹干；
（5）將30mlDI水倒入聚四氟乙烯容器中，然后加入10mlHCl和10mlH2O2。將樣品放入混合液中，恒溫加熱20min；
（6）DI水沖洗，N2吹干。
2、硫酸和雙氧水混合液（SPM）單步清洗法：
（1）將30mlH2SO4倒入聚四氟乙烯容器中，然后邊攪拌邊緩慢加入10mlH2O2，將SiC單晶樣品放入混合液中，恒溫加熱30min；
（2）DI水沖洗3min左右，將樣品表面的混合液沖洗干凈，N2吹干。
3、實(shí)驗(yàn)用清洗劑+SPM兩步清洗法：
（1）用干凈的電動(dòng)牙刷蘸取適量實(shí)驗(yàn)用清洗劑刷洗SiC單晶樣品5min；
（2）DI水沖洗3min，將樣品表面的清洗劑沖洗干凈；
（3）將樣品置于實(shí)驗(yàn)用清洗劑的稀釋溶液（實(shí)驗(yàn)用清洗劑：DI水=1：100）中超聲20min；
（4）DI水沖洗3min；
（5）DI水中超聲10mn；
（6）DI沖洗3min，N2吹干；
（7）將30mlH2SO4倒入聚四氟乙烯容器中，然后邊攪拌邊緩慢加入10mlH2O2，將SiC單晶樣品放入混合液中，恒溫加熱30min；
（8）DI水沖洗3min，將樣品表面的混合液沖洗干凈，N2吹干。
注：清洗后樣品儲(chǔ)存在密封的聚四氟乙烯容器中，防止再次污染。
SiC單晶的蝕刻：
實(shí)驗(yàn)中對(duì)SiC單晶的貴金屬Pt催化溶解蝕刻進(jìn)行了靜態(tài)、微觀的系統(tǒng)研究。下面是主要蝕刻研究過程：
1、Pt絲接觸蝕刻：
（1）首先在樣品表面用金剛石刀做標(biāo)記，然后用清洗劑+SPM兩步清洗法將樣品清洗干凈，N2吹干；
（2）將Pt絲纏繞在樣品上，使Pt絲尖端與樣品上的標(biāo)記點(diǎn)接觸，置于HF溶液中，蝕刻一定時(shí)間；
（3）用實(shí)驗(yàn)用清洗劑+SPM兩步清洗法將蝕刻后的樣品清洗干凈，N2吹干。
2、SiC單晶樣品鍍Pt及蝕刻：
（1）在20ml去離子水（DI）中放入20mg氯鉑酸（H2PtCl6），混合均勻，配置氯鉑酸溶液；
（2）稱取0.1g硼氫化鈉（NaBH4）放入100ml去離子水中完全混合，配置硼氫化鈉溶液；
（3）將用清洗劑+SPM兩步清洗法清洗干凈的SiC單晶原片用Pt絲固定后沒入氯鉑酸溶液中，然后用干凈的一次性滴管將硼氫化鈉溶液緩慢滴入氯鉑酸溶液中，邊滴加邊磁力攪拌，轉(zhuǎn)速為1000r/min，混合液由亮黃色變?yōu)楹谏珪r(shí)停止滴加硼氫化鈉溶液。
（4）在55℃條件下，保持快速攪拌，24h后將SiC單晶樣品取出。DI水沖洗鍍Pt樣品，N2吹干。
（5）將鍍Pt樣品放入聚四氟乙烯器皿中，倒入約50ml的HF浸泡12h；
（6）DI水沖洗，再用實(shí)驗(yàn)用清洗劑+SPM兩步清洗法將樣品清洗干凈，N2吹干。
3、Pt粉蝕刻：
（1）實(shí)驗(yàn)用清洗劑+SPM兩步清洗將SiC單晶樣品清洗干凈；
（2）將20mlHF溶液放入聚四氟乙烯器皿中，然后用Pt絲蘸取適量的Pt粉放入HF溶液中，振蕩混合均勻；
（3）將清洗干凈的SiC單晶Si面（0001）朝上放入聚四氟乙烯器皿中，蝕刻一段時(shí)間；
（4）用DI水沖洗干凈，再用實(shí)驗(yàn)用清洗劑+SPM兩步清洗法清洗干凈，N2吹干。清洗干凈的SiC單晶樣品用N2吹干后存放在聚四氟乙烯器皿中，用原子力顯微鏡從微觀上表征樣品表面的形貌變化，探究SiC材料的貴金屬催化溶解機(jī)理。
SiC單晶的表征：
對(duì)于SiC材料表面清潔度的表征主要是通過接觸角、XPS和原子力顯微鏡。因SiC是親水表面，接觸角越小表面SiC表面越干凈；XPS的測(cè)定清洗后樣品表面是否有雜質(zhì)的存在，判定樣品表面的潔凈度；原子力顯微鏡可以直觀的看到樣品表面形貌，觀察樣品表面是否存在微觀顆粒狀污染物或者樣品表面蝕刻前后形貌是否發(fā)生變化。
剛拆封的SiC單晶原片的清洗：
SiC單晶原片是指剛拆封的未被外界環(huán)境污染的樣品。實(shí)驗(yàn)中我們首先對(duì)原片進(jìn)行了接觸角、XPS和原子力顯微鏡的表征，為接下來樣品的清洗研究提供基本參照。圖3-1a是原片的接觸角圖，測(cè)得原片的接觸角70°，表明SiC表面可能存在憎水的有機(jī)物雜質(zhì)，表面不干凈；圖3-1b是原片的AFM圖，從圖中可以直觀的看到SiC單晶原片表面有片狀污染物的存在。一定程度上就證明未經(jīng)外界再次污染的原片表面并不干凈，存在著憎水的有機(jī)污染物，因此使用原片進(jìn)行研究首先需要適當(dāng)?shù)那逑?。圖3-2是原片表面的C1s的XPS譜。通過分析C1s譜有四種成分，對(duì)應(yīng)于鍵能283,15eV、285.35eV、286.9eV和288.8eV，分別是SiC本體的C-Si鍵、C-H鍵、C=O鍵和C（=O）-OH鍵。除SiC本體的C-Si鍵之外，其他三種鍵均是因原片表面存在污染物，經(jīng)過分析計(jì)算，樣品表面雜質(zhì)含量為18.18%。接觸角、AFM和XPS對(duì)SiC單晶原品的表征結(jié)果表明原片表面存在著憎水的有機(jī)污染物，要進(jìn)行SiC單晶的化學(xué)蝕刻機(jī)理研究，必須對(duì)原片進(jìn)行有效的清洗。文獻(xiàn)中常用來清洗SiC單晶的濕化學(xué)法主要是經(jīng)典RCA法，用到的其他濕化學(xué)清洗法也都是以標(biāo)準(zhǔn)RCA法為基礎(chǔ)改進(jìn)的。
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SiC單晶的濕化學(xué)清洗：
RCA清洗：RCA清洗法主要是由三步組成的，SPM(H2SO4/H2O2)、
SC1(HCl/H2O2/H2O)和SC2(NH4OH/H2O2/H2O)。SPM用于去除樣品表面的有機(jī)物，SC1用來去除樣品表面的顆粒物，SC2用來去除樣品表面的金屬污染物。對(duì)SiC的清洗研究主要基于RCA濕化學(xué)清洗方法。實(shí)驗(yàn)中對(duì)RCA清洗法的每個(gè)步驟進(jìn)行了清洗效果的研究。將每個(gè)步驟都做為一個(gè)獨(dú)立的清洗方法對(duì)SiC單晶原片進(jìn)行清洗。清洗后用接觸角儀測(cè)試樣品表面的接觸角。表3-1給出了RCA清洗法中不同步驟清洗SiC單晶樣品后測(cè)得的接觸角值，可以看到SPM單步清洗后樣品的接觸角最小，表明該步在幾個(gè)獨(dú)立步驟清洗法中對(duì)SiC單晶的清洗效果最佳。SPM清洗：SPM的主要作用是去除樣品表面有機(jī)物，結(jié)果表明確認(rèn)了SiC單晶表面的污染物主要是有機(jī)物。接下來我們主要圍繞SPM進(jìn)行清洗研究。SPM：H2SO4和H2O2按3:1的比例混合。SPM單步具有很高的氧化能力，可將金屬氧化后溶于清洗液中，并能把有機(jī)物氧化生成CO2和H2O，用SPM清
洗SiC單晶可去除單晶表面的有機(jī)玷污和部分金屬。
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SPM清洗步驟：
（1）?將樣品投入H2SO4：H2O2（15:5）的混合溶液中，在加熱臺(tái)上恒溫加熱30min，；（2）DI沖洗3min；（3）N2吹干。圖3-3給出了用SPM單步清洗SiC原片后，樣品表面C1s的XPS譜，經(jīng)分析C1s譜依舊可以分為四種成分，但污染物雜質(zhì)C含量明顯降低，污染物雜質(zhì)C含量與SiC本體C含量的比值為48:100，經(jīng)計(jì)算分析，雜質(zhì)含量為10.15%。相對(duì)于SiC單晶原片，雜質(zhì)含量顯著降低。
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表3-2給出了SPM單步清洗在不同加熱溫度下加熱30min清洗后的樣品的接觸角值。從表中可以看到加熱100℃時(shí)SPM單步清洗后的樣品的接觸角最小，表明清洗效果最佳。繼續(xù)升高溫度，對(duì)結(jié)果沒有影響。原因可能是溫度較低時(shí)SPM混合溶液的氧化性較低，去除污染物能力較弱；100℃時(shí)SPM混合溶液的氧化性能增強(qiáng)，清洗效果增強(qiáng)；繼續(xù)升高溫度，對(duì)SPM混合溶液的氧化性能影響不大，清洗效果和加熱100℃時(shí)相差不大。表3-3是SPM單步清洗在100℃恒溫加熱不同時(shí)間后得到的樣品的接觸角值。一般認(rèn)為時(shí)間越長(zhǎng)，清洗效果越好。為了驗(yàn)證該觀點(diǎn)，我們重復(fù)了該實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果確實(shí)表明時(shí)間越久，清洗效果越好，清洗時(shí)間超過30min，繼續(xù)延長(zhǎng)時(shí)間，對(duì)清洗效果影響不大。原因可能是H2O2在清洗30min后完全分解。幾次實(shí)驗(yàn)所得的結(jié)果顯示，加熱30min后得到的清洗樣品接觸角均為6°左右，接觸角的結(jié)果比較穩(wěn)定，表明SPM單步清洗在恒溫加熱30min時(shí)清洗效果較好。
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圖3-4是SiC單晶樣品在恒溫100℃，SPM單步清洗30min后測(cè)得的樣品表面的AFM圖。可以看出樣品在單步SPM清洗處理后，再用DI水沖洗，N2吹干一系列清洗處理后表面是很干凈的，可清晰的看到樣品表面的臺(tái)階，說明單步SPM清洗對(duì)于SiC單晶原片是非常有效的清洗方法?？梢钥闯鰳悠繁砻鎺缀鯖]有任何雜質(zhì)；還可以清晰的看到SiC單晶樣品表面的臺(tái)階，這就為接下來的蝕刻拋光研究提供了基本保證。SPM+HF清洗：SPM具有強(qiáng)氧化性，為保證樣品表面氧化物的完全溶解，確保樣品表面的清潔度。嘗試SPM處理后用HF溶液處理，HF溶液可將表面某些未溶解的金屬氧化物去除。但發(fā)現(xiàn)使用HF溶液后，得到的樣品表面接觸角變大，對(duì)SiC單晶片的清洗效果不利。在SPM處理30min，HF溶液中浸泡10min，DI水沖洗3min左右，氮?dú)獯蹈珊蟮玫降腟iC單晶樣品的接觸角為20°，比單步SPM處理得到的樣品的接觸角大，表明HF處理對(duì)SiC單晶樣品的清洗效果不利。
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