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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，因為其作為高臨界電場的優(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)外延生長功能氧化物薄膜是一個具有挑戰(zhàn)性的關(guān)鍵目標(biāo)，以實現(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。必須開發(fā)一個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襯底用有機溶劑脫脂，然后引入UHV(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，低于通過使用異位氫(H2)流動爐獲得的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有硅酸鹽。

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圖1 6h-SiC表面的XPS光譜?

總結(jié)

? ? ? 總的來說，這些結(jié)果表明，使用原子氫(H)束源和使用氫(H2)流動爐處理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。在相對較低的溫度下，原子氫當(dāng)然會減少表面氧化物的數(shù)量。需要進(jìn)一步的研究來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)外延開辟新的可能性。