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引言

      碳化硅(SiC)是高功率和高温(> 150℃)电子应用的理想材料，因为其作为高临界电场的优异性能，可在高外加工作电压(2500千伏/厘米)下工作，并具有良好的导热性(4.9瓦/厘米3)。然而，在碳化硅上异质外延生长功能氧化物薄膜是一个具有挑战性的关键目标，以实现在下一代电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导体上集成的基本要求之一。必须开发一个可靠且成功的清洁程序，以产生一致且特性良好的起始表面。据报道，一些碳化硅表面清洁研究，包括高温氢蚀刻和氢等离子体处理，可以去除抛光过程中产生的污染物和划痕。

      在本文中，我们演示了氢原子束源(HABS)产生的氢原子对清洗衬底的影响，以了解氢原子与表面的基本相互作用。

方法

      用氢原子代替H2分子清洁衬底已被证明是在相对较低的温度下去除一系列半导体材料中的表面碳氢化合物和氧化物的有效途径，包括GaAs、InAs和InP。

在目前的方法中，用于清洁的氢原子是由氢原子束源(HABS)热表面的氢气离解产生的。HABS是一个热裂解炉，由一根钨丝装在高纯度钨管中组成。6H-SiC衬底用有机溶剂脱脂，然后引入UHV(超高真空)室。然后，在700℃的衬底温度下，将它们暴露于流量为4.5×10+14原子/cm2.sec的氢(H)原子中。所有随后的表面分析都在不破坏真空的情况下原位进行。

结果

      原子氢清洁的6H-碳化硅表面的XPS扫描显示表面上存在8 at%的氧，低于通过使用异位氢(H2)流动炉获得的10 at%的氧的值。如图1(d)所示的硅的化学键态(Si 2p光谱)说明了在原子氢(H)清洗后从表面去除Si-O键。此外，如图1 (a，C)所示，C-O键信号在幅度上有所下降，但清洁后并未完全消失。这些结果表明，表面上所有剩余的氧都与碳结合，而不是与硅结合。此外，RHEED数据没有显示预期的重构√3×√3R30结构作为中间体。这一结果很可能是由于表面没有硅酸盐。

图1 6h-SiC表面的XPS光谱 

总结

      总的来说，这些结果表明，使用原子氢(H)束源和使用氢(H2)流动炉处理6H-碳化硅表面将产生具有不同化学性质和不同结构的表面。在相对较低的温度下，原子氢当然会减少表面氧化物的数量。需要进一步的研究来更好地理解氢和碳在表面的反应。成功的表面制备以产生干净和光滑的起始表面可以为许多二维电子材料的异质外延开辟新的可能性。