Determinação do mecanismo de crescimento e caracterização de filmes dielétricos crescidos sobre carbeto de silício

Abstract

Neste trabalho, foi investigado um material semicondutor usado como substituto para o silício (Si) em aplicações com alta potência, frequência e temperatura: o carbeto de silício (SiC). Sua principal característica de interesse é a formação de um filme de dióxido de silício (SiO2) através da oxidação térmica. Foi feita a oxidação úmida (O2 borbulhado em água deionizada) de amostras de SiC á temperatura de 1100°C e 900°C, durante diferentes intervalos de tempo com o objetivo de formar filmes dielétricos. Foram empregadas técnicas de análise de materiais como Espectrometria de Retroespalhamento Rutherford em geometria de canalização (c-RBS), Espectroscopia de Fotoelétrons induzidos por Raios X (XPS) e Refletometria de Raios X (XRR) a fim de investigar a cinética do processo, a quantidade de oxigênio incorporado na região interfacial SiO2/SiC em função da temperatura e do tempo de oxidação, o ambiente químico dos átomos envolvidos, bem como obter uma estimativa da espessura, densidade volumétrica e rugosidade dos filmes formados. Além disso, foi obtida uma simulação da incorporação de oxigênio em amostras de SiC, de acordo com as condições iniciais fornecidas, tendo como base a equação da difusão.

In this monography was discussed a semiconductor material used as a substitute for silicon (Si) in applications that involve high power, frequency and temperature: silicon carbide (SiC). Its most interesting feature is the formation of a silicon dioxide (SiO2) film through thermal oxidation. The wet oxidation (O2 bubbled in deionized water) of SiC samples was performed at the temperatures 1100°C and 900°C over different time intervals to form the dielectric film. Material analysis techniques such as Rutherford Backscattering Spectrometry in channeling geometry (c-RBS), X-ray Photoelectron Spectroscopy (XPS) and X-ray Reflectometry (XRR) were employed to investigate the kinetics of the process and the amount of oxygen incorporated to the SiO2/SiC interfacial region as a function of temperature and oxidation time, the chemical environment of the atoms involved, as well as to obtain an estimate of the thickness and volumetric density of the formed films. In addition, a simulation of the incorporation of oxygen in SiC samples, according to the initial conditions provided, based on the diffusion equation was presented.