深圳平湖實驗室分析檢測中心的胡欽博士在國際期刊《Materials Science in Semiconductor Processing》上發(fā)表題為“Effects of post-treatment progress on the morphology and surface state of 4H-SiC trenches”的文章。 

4H-SiC作為第三代半導體核心材料，因耐高溫、高耐壓等特性，成為新能源汽車、智能電網等裝備的關鍵基礎。溝槽型結構是提升其器件性能的主流設計，但4H-SiC硬度高、各向異性強，蝕刻后溝槽表面易殘留缺陷，導致器件可靠性下降，傳統(tǒng)后處理工藝難以精準解決這一問題。該成果聚焦4H-SiC溝槽器件制備痛點，明確了后處理工藝對溝槽形貌與表面狀態(tài)的調控規(guī)律，為高性能4H-SiC功率器件研發(fā)及產業(yè)化提供關鍵技術支撐，彰顯了實驗室在第三代半導體領域的技術實力。 

原子力顯微鏡（AFM）結果顯示，氫氣氛圍1350℃退火5分鐘后，溝槽頂部與側壁均實現低粗糙度；10 nm犧牲氧化處理可顯著平滑表面，而20 nm的氧化層會因界面應力、碳富集導致粗糙度反升，表面出現pits缺陷。結合穆林斯連續(xù)表面模型（Mullins’ Continuous Surface Model）與阿倫尼烏斯方程（Arrhenius Equation），證實了1300-1450 ℃退火時，溝槽倒角的形成以表面擴散為主導，且溫度對倒角曲率半徑的影響（敏感度6.8%）大于退火時間（敏感度5.5%）。此外，光致發(fā)光（PL）光譜首次捕捉到溝槽側壁與頂部在670 nm發(fā)射中心存在差異，該差異源于蝕刻過程產生的表面相關缺陷。進一步研究發(fā)現，氫氣退火可有效消除此類缺陷，而氬氣退火樣品的缺陷發(fā)光信號則顯著更強。這些核心結論為4H-SiC溝槽器件的工藝優(yōu)化提供了指導，能有效幫助相關產業(yè)減少試錯成本、提升研發(fā)效率。

圖1. （a）溝槽曲率半徑隨退火溫度和時間的變化曲線；（b）側壁粗糙度沿深度方向的分布曲線

圖2. （a）H2退火及（b）Ar退火溝槽各個位置的PL光譜 

期刊簡介：

《Materials Science in Semiconductor Processing》是由Elsevier出版的國際核心學術期刊，自1998年創(chuàng)刊以來，已成為半導體材料與加工領域極具影響力的權威平臺之一。該期刊專注于半導體加工相關的材料科學研究，覆蓋工程技術、材料科學、凝聚態(tài)物理等多個核心學科，尤其聚焦半導體材料制備、工藝優(yōu)化、性能調控及器件應用等前沿方向，是連接基礎研究與產業(yè)應用的重要橋梁。2025年最新影響因子為4.6，長期位列半導體加工與材料科學領域核心期刊行列。 

文字、圖片來源：胡欽 博士 論文 ，深圳平湖實驗室