SiC表面碳團(tuán)簇及其鈍化的第一性原理研究.pdf

1、傳統(tǒng)使用硅器件的集成電路技術(shù)無(wú)法滿(mǎn)足在高溫、高頻、高功率以及高輻射等極端環(huán)境下操作的要求。目前，碳化硅材料作為比較成熟的第三代寬禁帶半導(dǎo)體材料，由于其具有禁帶寬度大、熱傳導(dǎo)率高、擊穿電場(chǎng)強(qiáng)等卓越的物理性質(zhì)，在高溫、高頻、大功率電子器件領(lǐng)域上得到了廣泛的關(guān)注。然而，SiC器件的制備仍然存在很多的問(wèn)題，特別是SiC晶片存在很高的表面態(tài)密度，嚴(yán)重限制了SiC器件的應(yīng)用。SiC半導(dǎo)體與Si相比具有非常復(fù)雜的表面態(tài)，經(jīng)傳統(tǒng)RCA清洗后的SiC表面

2、仍有大量的碳團(tuán)簇污染物存在。因此，為了降低碳污染物引起的表面態(tài)，國(guó)內(nèi)外關(guān)于SiC的表面鈍化工藝提出了許多方案，包括高溫退火處理、射頻等離子體處理和電子回旋共振(ECR)微波等離子體處理等，都能很好的去除碳團(tuán)簇污染物。在理論方面，針對(duì)SiC表面懸掛鍵的鈍化機(jī)理做了一些研究，但作為SiC表面主要缺陷之一的碳團(tuán)簇被鈍化的機(jī)理尚不清晰，需要做出進(jìn)一步的研究。
　　本文基于密度泛函理論的第一性原理平面波贗勢(shì)方法，選取3×3×1的4H-SiC

3、 slab模型，確定碳團(tuán)簇在SiC表面的最穩(wěn)定構(gòu)型，研究H和N原子在SiC表面碳團(tuán)簇上的吸附形態(tài)、吸附能、反應(yīng)路徑以及電子結(jié)構(gòu)，旨在通過(guò)了解H、N原子對(duì)表面碳團(tuán)簇的鈍化作用揭示其鈍化工藝去除碳團(tuán)簇的機(jī)理。本文的計(jì)算結(jié)果表明了SiC表面上的C原子更傾向于形成碳團(tuán)簇，碳團(tuán)簇在SiC表面的BB吸附位最穩(wěn)定，計(jì)算其碳原子芯能級(jí)的結(jié)合能移動(dòng)與實(shí)驗(yàn)值相近，驗(yàn)證了此構(gòu)型的合理性，并以此構(gòu)型為基態(tài)結(jié)構(gòu)吸附H原子、N原子。H、N原子有效地鈍化了SiC表面

4、上的碳團(tuán)簇，鈍化結(jié)果如下:
　　(1)H原子鈍化SiC表面碳團(tuán)簇后，表面上絕大部分的碳團(tuán)簇污染物通過(guò)生成可揮發(fā)性的CxHy氣體被去除，其反應(yīng)機(jī)理為:Cx+Hy→CxHy↑;此外，表面仍殘留的微量C原子與H原子形成了C-H鍵;并且氫吸附體系在帶隙中部和靠近導(dǎo)帶附近的電子態(tài)密度降低顯著。
　　(2)N原子先鈍化SiC表面Si懸掛鍵，再鈍化碳團(tuán)簇對(duì)去除碳團(tuán)簇的效果更好，最穩(wěn)定的N吸附構(gòu)型為5N+3構(gòu)型，吸附能最大，且N吸附體系減少