Síntese de SiC através de implantação iônica de carbono em SiO2/Si : influência da espessura da capa de SiO2 e de padrões de áreas finas produzidos por litografia - Ribas, Eduardo Garcia (2019)
Semicondutores de gap grande são capazes de operar em situações extremas, como em alta potência, alta frequência e em ambientes hostis e, portanto, são de grande interesse tecnológico. Carbeto de Silício (SiC) apresenta estas características, e, nesse trabalho, estudamos sua síntese por implantação iônica de C em estruturas SiO2/Si, onde SiO2 é uma capa superficial de sacrifício. Dividimos esta tese em duas frentes de investigação: uma em que verificamos o efeito da síntese de SiC, mantida fixa a fluência de 2,8x1017 C/cm², ao variarmos a espessura da capa de SiO2: 110, 190 ou 240 nm; e outra, onde analisamos amostras para as quais um padrão de áreas mais finas de SiO2 (ou “janelas”) foi produzido, por litografia, sobre uma capa de 240 nm de SiO2. No segundo estudo, a fluência de implantação de C variou entre 0,8x1017 a 4,4x1017 C/cm². O padrão típico de “janelas” consistiu de áreas de 2 × 2, ou 3 x 3 μm², com espessuras de SiO2 de 60 ou 110 nm, intercaladas por regiões espessas (240nm). Para ambas as investigações, o C foi implantado em amostras mantidas a 600 ºC, e efetuado um recozimento final a 1250 ºC, durante 2 horas, sob um fluxo de Ar contendo 1% de O2. TEM demonstrou somente precipitados de SiC, desorientados em relação a matriz Si, para o caso da capa de 190nm. Um resultado totalmente distinto dos obtidos em trabalhos prévios (nos quais as capas sempre foram de 110nm), onde uma camada epitaxial de ~50nm de SiC era obtida. Porém, para a capa de 240 nm, uma camada epitaxial de SiC interfacial de 5-7nm voltou a ser sintetizada. Por medidas de RBS/C, avaliou-se a qualidade cristalina das amostras, e, por ERDA, mediu-se o C na capa de sacrifício e no substrato Si. Foi observada uma canalização de ~60% para a camada epitaxial de SiC interfacial, e uma elevada quantidade de C junto a interface SiO2/Si para essa amostra de óxido mais espesso (~240nm), o que demonstra sua alta mobilidade no óxido durante a implantação à quente e recozimento. Para explicar os resultados, modelamos que são possíveis dois mecanismos de síntese de SiC: por implantação direta de C no Si, convertendo-o em SiC (dominante em capas de 7 110 nm); ou por migração de C pelo SiO2, que, ao atingir a interface SiO2/Si, a reconstrói convertendo-a em SiC (dominante em capas de 240 nm). TEM nas amostras com padrão de litografia demonstraram uma camada contínua de SiC apenas para o caso das amostras com “janelas” de 60 nm de SiO2 (e nas regiões sob elas), no entanto, para o caso das com “janelas” de 110 nm, foram sintetizados somente precipitados de SiC desorientados, contrariando expectativas baseadas em trabalhos prévios (capas de 110 nm). Estes resultados revelaram a existência de um mecanismo adicional ao se produzir um padrão de “janelas” na capa, a saber, o da redistribuição lateral de carbono pelo lado da interface do SiO2. Essa difusão lateral pelo óxido acaba por interferir drasticamente na síntese em relação ao caso de um SiO2 de espessura uniforme.