sic表面碳团簇及其钝化的第一性原理研究

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1、硕士学位论文SiC表面碳团簇及其钝化的第一性原理研究First-principle—basedInVestigationofCarbonClusteronSiCSurface学2l109018完成日期：窒Q!垒生墨旦大连理工大学DalianUnivers时ofTechnologylllIIⅢⅧ

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4、JlI』Y2590732大连理工大学学位论文独创性声明作者郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下进行研究工作所取得的成果。尽我所知，除文中已经注明引用内容和致谢的地方外，本论文不包含其他个人或集体已经发表的研究成果，也不包含其他已申请学位或其他用途使用过的

5、成果。与我一同工作的同志对本研究所做的贡献均已在论文中做了明确的说明并表示了谢意。若有不实之处，本人愿意承担相关法律责任。学位论文题目：金C缅丝固盈碰幽盛监理笪煎作者签名：查蝼日期：2丝年—L月—生日大连理工大学硕士学位论文摘要传统使用硅器件的集成电路技术无法满足在高温、高频、高功率以及高辐射等极端环境下操作的要求。目前，碳化硅材料作为比较成熟的第三代宽禁带半导体材料，由于其具有禁带宽度大、热传导率高、击穿电场强等卓越的物理性质，在高温、高频、大功率电子器件领域上得到了广泛的关注。然而，SiC器件的制备仍然存在很多的问题，特别是SiC晶片存在很高的表面态密度，严重限制了SiC

6、器件的应用。SiC半导体与Si相比具有非常复杂的表面态，经传统RCA清洗后的SiC表面仍有大量的碳团簇污染物存在。因此，为了降低碳污染物引起的表面态，国内外关于SiC的表面钝化工艺提出了许多方案，包括高温退火处理、射频等离子体处理和电子回旋共振(EcR)微波等离子体处理等，都能很好的去除碳团簇污染物。在理论方面，针对SiC表面悬挂键的钝化机理做了一些研究，但作为SiC表面主要缺陷之一的碳团簇被钝化的机理尚不清晰，需要做出进一步的研究。本文基于密度泛函理论的第一性原理平面波赝势方法，选取3×3x1的4H—sicslab模型，确定碳团簇在SiC表面的最稳定构型，研究H和N原子在S

7、iC表面碳团簇上的吸附形态、吸附能、反应路径以及电子结构，旨在通过了解H、N原子对表面碳团簇的钝化作用揭示其钝化工艺去除碳团簇的机理。本文的计算结果表明了SiC表面上的C原子更倾向于形成碳团簇，碳团簇在SiC表面的BB吸附位最稳定，计算其碳原子芯能级的结合能移动与实验值相近，验证了此构型的合理性，并以此构型为基态结构吸附H原子、N原子。H、N原子有效地钝化了SiC表面上的碳团簇，钝化结果如下：(1)H原子钝化SiC表面碳团簇后，表面上绝大部分的碳团簇污染物通过生成可挥发性的C。H，气体被去除，其反应机理为：C。+Hy—C。Hyf；此外，表面仍残留的微量C原子与H原子形成了C．

8、H键；并且氢吸附体系在带隙中部和靠近导带附近的电子态密度降低显著。(2)N原子先钝化SiC表面Si悬挂键，再钝化碳团簇对去除碳团簇的效果更好，最稳定的N吸附构型为5N+3构型，吸附能最大，且N吸附体系减少了带隙上半部分的电子态密度。关键词：碳化硅；碳团簇；氢钝化；氮钝化；密度泛函理论；过渡态SiC表面碳团簇及其钝化的第一性原理研究大连理工大学硕士学位论文First-p血ciple-basedInVestigationofCarbonclusteronSiCSur白ceAbstractMostofdle廿aditionalint叼atedcircuittecllnologies

9、usingsilicondevicesarenotabletobeoperatedinex仃emeconditionssuchashi曲tenlperature，hi曲毹quency，hi曲powerandhi曲radiation．Asamaterialthatispotentiallywell—suitedformaIlyeXtremeconditionsoperation，muchattentionhasbeengiVent0SiliconCarbide(SiC)．A1t110u曲SiCmaterialshaVemanyadVantages，thequalityofmet

10、al／SiCandSi02／SiCinterf．acesishinderedbythepoorsur亿cepropertiesofSiC．TheproblemsassociatedwithSiCsurfacesuchassurfaced柚glingbonds，contaminationandtllei盯egularat唧sarraJlgementresultinhi曲surfacedefectdensi妙，Whichseriouslylimitt11edevelopmentofⅡleSiCdevices