Características e mecanismos do crescimento térmico de SiO₂ sobre SiC utilizando diferentes espécies oxidantes

Abstract

Ora tido como material semicondutor emergente, o carbeto de silício (SiC) hoje toma grande parte do mercado de dispositivos eletrônicos de alta potência. Este trabalho investiga o processo de crescimento de dióxido de silício (SiO₂ ) sobre carbeto de silício utilizando i) uma mistura de oxigênio (O₂ ) e vapor d’água (H₂ O), e ii) dióxido de ). A cinética da oxidação é discutida para ambos os casos, assim como carbono (CO2 as propriedades físico-químicas dos filmes crescidos. Foram utilizadas combinações diferentes dos parâmetros do processo de oxidação, como tempo, pressão e temperatura, a fim de elucidar a influência de cada parâmetro nas características do filme fino crescido. A técnica de Espectrometria de Retroespalhamento Rutherford em geometria de canalização (c-RBS) foi utilizada para determinar a quantidade total de oxigênio incorporado durante o processo de oxidação. Essas quantidades foram utilizadas como base para a investigação da cinética de oxidação. As propriedades físico-químicas dos filmes crescidos foram inferidas com base em análises de Espectroscopia de Fotoelétrons Induzidos por Raios-X (XPS). Os dados obtidos foram analisados levando em conta os diferentes modelos de oxidação propostos para o carbeto de silício que estão disponíveis na literatura. Os resultados obtidos evidenciaram que as etapas iniciais da oxidação têm uma fraca dependência com os parâmetros utilizados. Isso sugere que existem mecanismos intrínsecos ao processo de oxidação que governam essas etapas iniciais, o que corrobora a hipótese da emissão interfacial de átomos do substrato para o filme de óxido.

Once known as an emerging semiconductor material, silicon carbide (SiC) now has a great share of the power device market. The present work investigates silicon dioxide ) growth process on top of silicon carbide using i) a mixture of oxygen (O₂ ) and water vapor (H₂ O), and ii) carbon dioxide (CO₂ ). Oxidation kinetics is discussed alongside the physicochemical properties for both of those cases. Different oxidation parameters, such as duration, pressure, and temperature, were used in order to find out how each of them acts upon the grown film characteristics. Rutherford Backscattering Spectrometry (c-RBS) in channeling geometry was used to determine the total amount of oxygen incorporated during the oxidation process, and those quantities are used for the oxidation kinetics investigation. Physicochemical properties of grown films were obtained using X-ray Photoelectron Spectroscopy (XPS). Data acquired is discussed in terms of the different oxidation models proposed for SiC available in the literature. The results indicate that there is a weak dependence on the oxidation parameters at the initial steps. This suggests that the initial oxidation steps may be ruled by mechanisms that are intrinsic to the oxidation process itself, such as the hypothesis of atom emission from the substrate to the oxide film.