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H_2S钝化对SiC表面的影响

邢青青  
【摘要】:由于SiC器件和电路中会存在表面和界面,而在表面和界面处由于化学键断裂会产生不饱和的悬挂键,这将导致表面和界面处原子的化学、电学和光学特性与体内原子不同,极大地影响了半导体器件的性能。为了解决这一问题,本课题基于Valence-Mending概念,提出对表面进行H_2S钝化的处理方法,希望可以达到提高器件稳定性的目的。国内外对SiC的钝化实验已经取得了许多成果,但是对采用H_2S钝化的研究工作却很少。为了深刻了解H_2S钝化的效果并探索其钝化机理,本课题通过第一性原理计算研究H_2S钝化SiC表面的稳定性问题。通过对比SiC表面吸附前后的能量、态密度、布居数等电学性质来探索分析钝化对表面的改善情况。计算了不同极性面钝化的差异、对比了 S钝化和H_2S钝化的区别并且探索了钝化对表面重构的影响。主要得出了以下结论:1.H_2S钝化后SiC表面能量下降,表面态减少,表面悬挂键得到饱和。2.对表面模型进行了大量计算,分析了不同吸附位置对钝化效果的影响。研究发现,H_2S吸附在Si面桥位的吸附能更低、结构更稳定,H_2S分解为H原子和S原子;C面顶位吸附的稳定性更好,H_2S分解为H和HS。3.对不同覆盖率和不同极性面的钝化模型进行第一性原理计算。研究发现,Si面最佳覆盖率在2/9-1/4ML之间,C面最佳覆盖率在4/9ML-1/2ML范围内。和C面相比,H_2S在Si面更容易吸附,形成的共价键稳定性更高,悬挂键饱和程度更高,钝化效果更好。4.对比分析了 H_2S和S钝化表面的效果,结果表明吸附H_2S后,Si和C表面态密度更低,钝化效果更好。5.S钝化的6H-SiC表面重构模型能量最低,态密度下降,表面应力减小,并打开了重构键,因此S钝化对表面重构有改善作用。


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