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引言
? ? ? 碳化硅(SiC)是高功率和高溫(> 150℃)電子應(yīng)用的理想材料,因?yàn)槠渥鳛楦吲R界電場(chǎng)的優(yōu)異性能,可在高外加工作電壓(2500千伏/厘米)下工作,并具有良好的導(dǎo)熱性(4.9瓦/厘米3)。然而,在碳化硅上異質(zhì)外延生長(zhǎng)功能氧化物薄膜是一個(gè)具有挑戰(zhàn)性的關(guān)鍵目標(biāo),以實(shí)現(xiàn)在下一代電子器件中使用碳化硅的全面成功。形成突然而有效的界面是功能氧化物在半導(dǎo)體上集成的基本要求之一。必須開(kāi)發(fā)一個(gè)可靠且成功的清潔程序,以產(chǎn)生一致且特性良好的起始表面。據(jù)報(bào)道,一些碳化硅表面清潔研究,包括高溫氫蝕刻和氫等離子體處理,可以去除拋光過(guò)程中產(chǎn)生的污染物和劃痕。
? ? ? 在本文中,我們演示了氫原子束源(HABS)產(chǎn)生的氫原子對(duì)清洗襯底的影響,以了解氫原子與表面的基本相互作用。
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方法
? ? ? 用氫原子代替H2分子清潔襯底已被證明是在相對(duì)較低的溫度下去除一系列半導(dǎo)體材料中的表面碳?xì)浠衔锖脱趸锏挠行緩?,包括GaAs、InAs和InP。
在目前的方法中,用于清潔的氫原子是由氫原子束源(HABS)熱表面的氫氣離解產(chǎn)生的。HABS是一個(gè)熱裂解爐,由一根鎢絲裝在高純度鎢管中組成。6H-SiC襯底用有機(jī)溶劑脫脂,然后引入U(xiǎn)HV(超高真空)室。然后,在700℃的襯底溫度下,將它們暴露于流量為4.5×10+14原子/cm2.sec的氫(H)原子中。所有隨后的表面分析都在不破壞真空的情況下原位進(jìn)行。
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結(jié)果
? ? ? 原子氫清潔的6H-碳化硅表面的XPS掃描顯示表面上存在8 at%的氧,低于通過(guò)使用異位氫(H2)流動(dòng)爐獲得的10 at%的氧的值。如圖1(d)所示的硅的化學(xué)鍵態(tài)(Si 2p光譜)說(shuō)明了在原子氫(H)清洗后從表面去除Si-O鍵。此外,如圖1 (a,C)所示,C-O鍵信號(hào)在幅度上有所下降,但清潔后并未完全消失。這些結(jié)果表明,表面上所有剩余的氧都與碳結(jié)合,而不是與硅結(jié)合。此外,RHEED數(shù)據(jù)沒(méi)有顯示預(yù)期的重構(gòu)√3×√3R30結(jié)構(gòu)作為中間體。這一結(jié)果很可能是由于表面沒(méi)有硅酸鹽。
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圖1 6h-SiC表面的XPS光譜?
總結(jié)
? ? ? 總的來(lái)說(shuō),這些結(jié)果表明,使用原子氫(H)束源和使用氫(H2)流動(dòng)爐處理6H-碳化硅表面將產(chǎn)生具有不同化學(xué)性質(zhì)和不同結(jié)構(gòu)的表面。在相對(duì)較低的溫度下,原子氫當(dāng)然會(huì)減少表面氧化物的數(shù)量。需要進(jìn)一步的研究來(lái)更好地理解氫和碳在表面的反應(yīng)。成功的表面制備以產(chǎn)生干凈和光滑的起始表面可以為許多二維電子材料的異質(zhì)外延開(kāi)辟新的可能性。