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阳极氧化/金属辅助化学刻蚀复合新方法加工碳化硅纳米线
2019-03-14 10:09:22 | 【 【打印】【关闭】

  碳化硅是最重要的第三代半导体材料之一。碳化硅器件特别适应于工作在高频和高功率范围,并能够在高温和强酸碱等极端环境中服役。但是,其超强的化学稳定性也使得其极难被加工。长期以来,干法刻蚀被用来加工碳化硅,但是其通过离子轰击的加工原理可能导致产生缺陷并影响器件的服役可靠性。此外,干法刻蚀需要极其昂贵的设备。湿法刻蚀是一种少缺陷、低成本的加工方法。但是,碳化硅太稳定以至于它能抵抗PH值低至-14的极强酸。且由于碳化硅的价带顶位置太低,空穴几乎无法注入碳化硅导带、并传输到碳化硅表面致其氧化并发生刻蚀。由此,传统的湿法刻蚀及新兴的金属辅助法学刻蚀均几乎无法加工碳化硅。  

   由此,香港中文大学汪正平院士、赵铌教授团队联合广东工业大学陈新教授团队合作提出了一种阳极氧化/金属辅助化学刻蚀的复合加工新方法,在常温常压条件下实现了碳化硅纳米结构的可控加工。通过DFT理论计算和深入的实验研究,揭示了刻蚀机理,发现金属纳米粒子至少扮演了两个重要角色:催化氧化剂产生空穴;在碳化硅表面引入弯曲的能带,从而在催化剂与碳化硅接触的局部聚集足够多的空穴,促使定向刻蚀(图1(a))。因此,刻蚀初始产生的纳米孔与催化剂的尺寸相当,通过延长刻蚀时间进一步扩大纳米孔的尺寸,使得纳米孔相互贯通从而加工出纳米线。通过阳极氧化和金属辅助化学刻蚀的复合,显著降低了加工所需的电压,从而极大地提高了加工效率:3.5V电压便可刻蚀碳化硅,7.5V便可加工出碳化硅纳米线(图1(b))。课题组进一步证实,通过调节电压、电流和刻蚀时间,可以加工出各种不同类型与尺寸的纳米结构,且纳米孔和纳米线的尺寸在从几十纳米到几百纳米范围内可调。

  该方法降为宽禁带半导体的加工提供新的途径,也将为工业上加工碳化硅器件所需的各种纳米线和纳米结构提供了一种经济可行的方法。研究成果发表在Small上(DOI: 10.1002/smll.201803898)。广东工业大学陈云副教授为论文第一作者。 

来源:www.materialsviewschina.com/2019/03/34900/

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