Investigação dos processos de crescimento térmico de dióxido de silício sobre carbeto de silício

Abstract

Este trabalho investiga a cinética de oxidação do carbeto de silício (SiC) monocristalino, assim como as propriedades físico-químicas da interface e do filme fino de óxido (SiO2) formado. Serão discutidos filmes finos crescidos termicamente em oxidações realizadas tanto em via seca, ou seja, em atmosfera estática de gás oxigênio (O2), como em via úmida, sendo, neste caso, em fluxo de oxigênio misturado com vapor d'água. Diferentes combinações dos parâmetros de oxidação (duração, temperatura, pressão e espécie oxidante) permitiram determinar a influência de cada parâmetro nas propriedades do filme fino formado. Foram utilizadas técnicas de análise por feixe de íons, como espectrometria de retroespalhamento Rutherford (RBS) e análises por reação nuclear (NRA e NRP), para determinar a quantidade de oxigênio incorporado nas amostras, e, em alguns casos, o perfil de concentração do oxigênio incorporado. A partir dos dados obtidos, a cinética de oxidação foi estudada. Foram calculadas as energias de ativação para os diferentes mecanismos de oxidação que tomam parte nas etapas iniciais da oxidação térmica do SiC. Essas energias de ativação puderam ser relacionadas às etapas de oxidação de modelos já publicados, corroborando com a hipótese de a emissão de átomos do substrato governar o crescimento do óxido nas etapas iniciais da oxidação. Esta dissertação é uma continuação da pesquisa desenvolvida durante o trabalho de conclusão de curso de bacharelado em Física do presente autor, e faz uso de alguns dados obtidos nesse trabalho prévio.

The present work aims the study of single-crystalline silicon carbide's (SiC) oxidation kinetics, as well as the physicochemical properties of the interfacial region and the oxide film grown (SiO2). Thin films were grown in both dry atmosphere of oxygen (O2), and wet atmosphere of oxygen and water vapor. Different combinations of the oxidation parameters (duration, temperature, pressure and gas) allowed us to determine the influence of each parameter in the properties of the grown thin film. Ion beam analyses techniques, such as Rutherford Backscattering Spectrometry (RBS) and nuclear reaction analyses (NRA and NRP), were used to determine the total amount of oxygen incorporated into samples, and the concentration profile of the incorporated oxygen. Collected data allowed us to investigate oxidation kinetics development. Activation energies were calculated for different mechanisms that take place in the initial steps of silicon carbide thermal oxidation. Those activation energies could be related to oxidation steps from published oxidation models, corroborating the hypothesis that atom emission from the substrate rules the initial steps of oxidation. This dissertation is a continuation of the research developed during the present author's Bachelor course in Physics, and makes use of some data obtained in that previous work.