May. 23, 2026
SiC表面通常存在一定厚度的污染层,其中包含颗粒(SiO、C-C键及其它金属粒子的污染等),有机物,金属和自然氧化层。而这些污染物的存在严重影响着界面特性,从而影响着SiC基器件的性能。如制备SiC基MOSFET器件过程中,随着SiO2薄膜厚度的不断氧化而增加时,SiO2/SiC界面会移向衬底。SiC晶片在经过传统的湿法清洗后,表面的有机物,金属及一些颗粒等可以很好的被去除掉,然而使用传统的湿法清洗后,表面仍存在一些碳污染物和氧化物,并且SiC表面有大量的悬挂键存在而使其极易被氧化。
等离子体化学反应即在放电气体中发生的反应。对常温常压条件下的气体通过高温加速电子加速离子给物质以能量,物质被解离成阴、阳离子的状态。当气体电离生成电子正离子一般在段时间内发生结合,回到中性分子状态,这个过程产生的电子、离子的部分能量以电磁波等不同形式消耗,在分子离解时常生成自由基,生成的电子结合中性原子,分子形成负离子。因此,整个等离子体是电子正负离子激发态原子,原子以及自由基的混合状态。因为各种化学反应都是在高激发态下进行的,与经典的化学反应完全不同。这样使等离子体的原子或分子的本性通常都发生改变,即使是较稳定的惰性气体也会变得具有很强的化学活泼性。在电场中加速运动的电子和离子具有很大的动能,可以更好的除去表面的氧和残留的碳等杂质。
氢气做为活泼气体,其等离子体具有很强的化学反应活性,氢气等离子体形成的过程如下:
式1表示氢气分子在得到外界能量后变成氢气阳离子,并放出自由电子的过程。式2表示氢气分子在得到外界能量后分解形成两个氢原子自由基的过程。式3表示氢气分子在具有高能量的激发态自由电子作用下转变成激发态。式4-5则表示激发态的氢气分子进一步发生转变,式4中,氢气回到通常状态的同时发出光能(紫外线)。式5中,激发态的氢气分子分解成两个氢原子自由基。式6表示氢气分子在激发态自由电子的作用下,分解成氢原子自由基和氢原子阳离子的过程。当这些反应连续不断发生,就形成里氢气等离子体。当然实际反应要比这些反应式描述的更为复杂。
H₂ + e⁻ → H₂⁺ + 2e⁻
H2→2H
H₂ + e⁻ → H₂* + e⁻
H₂* → H₂ + hν
H2 + e⁻ →2 H+e⁻
H2+e⁻→H+H⁺+2e⁻
氢等离子体清洗过程中起作用的除了氢原子,氢离子和电子外,还有处于激发状态的电中性的氢原子或原子团(又称自由基),以及氢等离子体发射出的光线。因此易于与SiC表面的物质反应形成新的物质,如水、碳氢化合物等。另外,氢原子是选择性的与SiC表面的污染物(如C、0等)反应,并以挥发性的CHx和H20两种形式消除掉。
May. 23, 2026
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