在当今科技飞速发展的时代,智能电网、轨道交通、新能源汽车等现代工业领域蓬勃兴起,它们对半导体功率器件提出了越来越高的要求。而碳化硅(SiC)凭借其卓越的物理化学特性,脱颖而出成为制备高性能功率器件的理想之选。然而,产业化 SiC 材料中的晶体缺陷问题却如同“拦路虎”,严重制约了 SiC 器件的进一步发展。
一、SiC 晶体缺陷难题与湿法腐蚀工艺的崛起
SiC 晶体缺陷的存在是目前亟待攻克的难关,这使得如何有效表征和分析 SiC 晶体质量,以及通过改进工艺减少晶体缺陷成为了科研人员的重要使命。在众多工艺手段中,湿法腐蚀工艺备受关注。
湿法腐蚀工艺具有工艺简单、操作便捷、设备要求低等显著优点,为解决 SiC 晶体问题带来了希望。不过,它也并非一帆风顺,其腐蚀机制复杂,涵盖了电化学腐蚀和化学腐蚀等多种方式。而且,不同腐蚀方法对 SiC 晶体不同极性面的材料去除率存在差异,腐蚀后的表面形貌也各不相同,这无疑给研究者们带来了巨大的挑战。
二、湿法腐蚀工艺的奥秘
(一)腐蚀机理大揭秘
湿法腐蚀分为电化学腐蚀和化学腐蚀两种类型。电化学腐蚀通过外部电压或化学反应提供空穴,促使晶体表面氧化并溶解到电解液中;化学腐蚀则更为直接,活性分子直接打开晶体表面化学键生成氧化物,不依赖载流子和电解质。
(二)腐蚀装置各有千秋
电化学腐蚀通常采用三电极体系,包括工作电极、辅助电极和参比电极,而超声波辅助电化学腐蚀装置还能显著提高氧化速率。化学腐蚀装置则需要满足加热、控温、防腐和隔离等要求,以确保腐蚀过程的稳定性和安全性。早期的熔融 KOH 腐蚀装置较为简单,但后续改进后的装置在加热效率、温度控制等方面都有了很大提升。
(三)广泛的应用领域
湿法腐蚀在 SiC 晶体缺陷分析、表面改性、器件制造等方面都有着不可或缺的地位。电化学腐蚀在多孔 SiC 制备和表面图形转移方面表现出色,化学腐蚀则在晶体质量表征和缺陷分析方面更为常用。
三、电化学腐蚀与化学腐蚀的独特魅力
(一)电化学腐蚀的优势与应用
电化学腐蚀过程包括晶体表面氧化和氧化产物溶解两个关键步骤,其腐蚀速率受外加电压的影响。在 SiC 表面改性、器件制造方面有着广阔的应用前景,例如通过电化学腐蚀可以制备多孔 SiC,还能在 SiC 器件制造中作为干法刻蚀的有益补充。
(二)化学腐蚀的特点与价值
化学腐蚀过程中,活性分子直接作用于晶体表面,熔融 KOH 腐蚀 SiC 单晶过程与 SiC 热氧化过程相似。在 SiC 晶体质量表征和缺陷分析方面应用广泛,通过巧妙地改变腐蚀剂组分、调整腐蚀温度和时间,能够获得理想的 SiC 晶体表面腐蚀形貌,为晶体缺陷研究提供重要参考。