SiC單晶的清洗：
SiC單晶的濕化學(xué)清洗法研究中，樣品的清洗和接觸角的測(cè)定在同一實(shí)驗(yàn)室完成，有效避免樣品的再次污染；為防止清洗過(guò)程中的污染，清洗所用的容器均是定制的聚四氟乙烯（PTFE）器皿。實(shí)驗(yàn)中嘗試了不同的濕化學(xué)清洗法，下面是主要清洗方法的流程：
1、RCA清洗法：
（1）將30mlH2SO4倒入聚四氟乙烯容器中，邊攪拌邊緩慢加入10mlH2O2，
將SiC單晶樣品放入混合液中，恒溫加熱30min；
（2）DI水沖洗3min，將樣品表面的混合液沖洗干凈，N2吹干；
（3）將30mlDI水倒入聚四氟乙烯容器中，然后加入10mlNH3OH和10mlH2O2，將樣品放入混合液中，恒溫加熱20min；
（4）DI水沖洗，N2吹干；
（5）將30mlDI水倒入聚四氟乙烯容器中，然后加入10mlHCl和10mlH2O2。將樣品放入混合液中，恒溫加熱20min；
（6）DI水沖洗，N2吹干。
2、硫酸和雙氧水混合液（SPM）單步清洗法：
（1）將30mlH2SO4倒入聚四氟乙烯容器中，然后邊攪拌邊緩慢加入10mlH2O2，將SiC單晶樣品放入混合液中，恒溫加熱30min；
（2）DI水沖洗3min左右，將樣品表面的混合液沖洗干凈，N2吹干。
3、實(shí)驗(yàn)用清洗劑+SPM兩步清洗法：
（1）用干凈的電動(dòng)牙刷蘸取適量實(shí)驗(yàn)用清洗劑刷洗SiC單晶樣品5min；
（2）DI水沖洗3min，將樣品表面的清洗劑沖洗干凈；
（3）將樣品置于實(shí)驗(yàn)用清洗劑的稀釋溶液（實(shí)驗(yàn)用清洗劑：DI水=1：100）中超聲20min；
（4）DI水沖洗3min；
（5）DI水中超聲10mn；
（6）DI沖洗3min，N2吹干；
（7）將30mlH2SO4倒入聚四氟乙烯容器中，然后邊攪拌邊緩慢加入10mlH2O2，將SiC單晶樣品放入混合液中，恒溫加熱30min；
（8）DI水沖洗3min，將樣品表面的混合液沖洗干凈，N2吹干。
注：清洗后樣品儲(chǔ)存在密封的聚四氟乙烯容器中，防止再次污染。
SiC單晶的蝕刻：
實(shí)驗(yàn)中對(duì)SiC單晶的貴金屬Pt催化溶解蝕刻進(jìn)行了靜態(tài)、微觀(guān)的系統(tǒng)研究。下面是主要蝕刻研究過(guò)程：
1、Pt絲接觸蝕刻：
（1）首先在樣品表面用金剛石刀做標(biāo)記，然后用清洗劑+SPM兩步清洗法將樣品清洗干凈，N2吹干；
（2）將Pt絲纏繞在樣品上，使Pt絲尖端與樣品上的標(biāo)記點(diǎn)接觸，置于HF溶液中，蝕刻一定時(shí)間；
（3）用實(shí)驗(yàn)用清洗劑+SPM兩步清洗法將蝕刻后的樣品清洗干凈，N2吹干。
2、SiC單晶樣品鍍Pt及蝕刻：
（1）在20ml去離子水（DI）中放入20mg氯鉑酸（H2PtCl6），混合均勻，配置氯鉑酸溶液；
（2）稱(chēng)取0.1g硼氫化鈉（NaBH4）放入100ml去離子水中完全混合，配置硼氫化鈉溶液；
（3）將用清洗劑+SPM兩步清洗法清洗干凈的SiC單晶原片用Pt絲固定后沒(méi)入氯鉑酸溶液中，然后用干凈的一次性滴管將硼氫化鈉溶液緩慢滴入氯鉑酸溶液中，邊滴加邊磁力攪拌，轉(zhuǎn)速為1000r/min，混合液由亮黃色變?yōu)楹谏珪r(shí)停止滴加硼氫化鈉溶液。
（4）在55℃條件下，保持快速攪拌，24h后將SiC單晶樣品取出。DI水沖洗鍍Pt樣品，N2吹干。
（5）將鍍Pt樣品放入聚四氟乙烯器皿中，倒入約50ml的HF浸泡12h；
（6）DI水沖洗，再用實(shí)驗(yàn)用清洗劑+SPM兩步清洗法將樣品清洗干凈，N2吹干。
3、Pt粉蝕刻：
（1）實(shí)驗(yàn)用清洗劑+SPM兩步清洗將SiC單晶樣品清洗干凈；
（2）將20mlHF溶液放入聚四氟乙烯器皿中，然后用Pt絲蘸取適量的Pt粉放入HF溶液中，振蕩混合均勻；
（3）將清洗干凈的SiC單晶Si面（0001）朝上放入聚四氟乙烯器皿中，蝕刻一段時(shí)間；
（4）用DI水沖洗干凈，再用實(shí)驗(yàn)用清洗劑+SPM兩步清洗法清洗干凈，N2吹干。清洗干凈的SiC單晶樣品用N2吹干后存放在聚四氟乙烯器皿中，用原子力顯微鏡從微觀(guān)上表征樣品表面的形貌變化，探究SiC材料的貴金屬催化溶解機(jī)理。
SiC單晶的表征：
對(duì)于SiC材料表面清潔度的表征主要是通過(guò)接觸角、XPS和原子力顯微鏡。因SiC是親水表面，接觸角越小表面SiC表面越干凈；XPS的測(cè)定清洗后樣品表面是否有雜質(zhì)的存在，判定樣品表面的潔凈度；原子力顯微鏡可以直觀(guān)的看到樣品表面形貌，觀(guān)察樣品表面是否存在微觀(guān)顆粒狀污染物或者樣品表面蝕刻前后形貌是否發(fā)生變化。
剛拆封的SiC單晶原片的清洗：
SiC單晶原片是指剛拆封的未被外界環(huán)境污染的樣品。實(shí)驗(yàn)中我們首先對(duì)原片進(jìn)行了接觸角、XPS和原子力顯微鏡的表征，為接下來(lái)樣品的清洗研究提供基本參照。圖3-1a是原片的接觸角圖，測(cè)得原片的接觸角70°，表明SiC表面可能存在憎水的有機(jī)物雜質(zhì)，表面不干凈；圖3-1b是原片的AFM圖，從圖中可以直觀(guān)的看到SiC單晶原片表面有片狀污染物的存在。一定程度上就證明未經(jīng)外界再次污染的原片表面并不干凈，存在著憎水的有機(jī)污染物，因此使用原片進(jìn)行研究首先需要適當(dāng)?shù)那逑?。圖3-2是原片表面的C1s的XPS譜。通過(guò)分析C1s譜有四種成分，對(duì)應(yīng)于鍵能283,15eV、285.35eV、286.9eV和288.8eV，分別是SiC本體的C-Si鍵、C-H鍵、C=O鍵和C（=O）-OH鍵。除SiC本體的C-Si鍵之外，其他三種鍵均是因原片表面存在污染物，經(jīng)過(guò)分析計(jì)算，樣品表面雜質(zhì)含量為18.18%。接觸角、AFM和XPS對(duì)SiC單晶原品的表征結(jié)果表明原片表面存在著憎水的有機(jī)污染物，要進(jìn)行SiC單晶的化學(xué)蝕刻機(jī)理研究，必須對(duì)原片進(jìn)行有效的清洗。文獻(xiàn)中常用來(lái)清洗SiC單晶的濕化學(xué)法主要是經(jīng)典RCA法，用到的其他濕化學(xué)清洗法也都是以標(biāo)準(zhǔn)RCA法為基礎(chǔ)改進(jìn)的。
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SiC單晶的濕化學(xué)清洗：
RCA清洗：RCA清洗法主要是由三步組成的，SPM(H2SO4/H2O2)、
SC1(HCl/H2O2/H2O)和SC2(NH4OH/H2O2/H2O)。SPM用于去除樣品表面的有機(jī)物，SC1用來(lái)去除樣品表面的顆粒物，SC2用來(lái)去除樣品表面的金屬污染物。對(duì)SiC的清洗研究主要基于RCA濕化學(xué)清洗方法。實(shí)驗(yàn)中對(duì)RCA清洗法的每個(gè)步驟進(jìn)行了清洗效果的研究。將每個(gè)步驟都做為一個(gè)獨(dú)立的清洗方法對(duì)SiC單晶原片進(jìn)行清洗。清洗后用接觸角儀測(cè)試樣品表面的接觸角。表3-1給出了RCA清洗法中不同步驟清洗SiC單晶樣品后測(cè)得的接觸角值，可以看到SPM單步清洗后樣品的接觸角最小，表明該步在幾個(gè)獨(dú)立步驟清洗法中對(duì)SiC單晶的清洗效果最佳。SPM清洗：SPM的主要作用是去除樣品表面有機(jī)物，結(jié)果表明確認(rèn)了SiC單晶表面的污染物主要是有機(jī)物。接下來(lái)我們主要圍繞SPM進(jìn)行清洗研究。SPM：H2SO4和H2O2按3:1的比例混合。SPM單步具有很高的氧化能力，可將金屬氧化后溶于清洗液中，并能把有機(jī)物氧化生成CO2和H2O，用SPM清
洗SiC單晶可去除單晶表面的有機(jī)玷污和部分金屬。
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SPM清洗步驟：
（1）?將樣品投入H2SO4：H2O2（15:5）的混合溶液中，在加熱臺(tái)上恒溫加熱30min，；（2）DI沖洗3min；（3）N2吹干。圖3-3給出了用SPM單步清洗SiC原片后，樣品表面C1s的XPS譜，經(jīng)分析C1s譜依舊可以分為四種成分，但污染物雜質(zhì)C含量明顯降低，污染物雜質(zhì)C含量與SiC本體C含量的比值為48:100，經(jīng)計(jì)算分析，雜質(zhì)含量為10.15%。相對(duì)于SiC單晶原片，雜質(zhì)含量顯著降低。
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表3-2給出了SPM單步清洗在不同加熱溫度下加熱30min清洗后的樣品的接觸角值。從表中可以看到加熱100℃時(shí)SPM單步清洗后的樣品的接觸角最小，表明清洗效果最佳。繼續(xù)升高溫度，對(duì)結(jié)果沒(méi)有影響。原因可能是溫度較低時(shí)SPM混合溶液的氧化性較低，去除污染物能力較弱；100℃時(shí)SPM混合溶液的氧化性能增強(qiáng)，清洗效果增強(qiáng)；繼續(xù)升高溫度，對(duì)SPM混合溶液的氧化性能影響不大，清洗效果和加熱100℃時(shí)相差不大。表3-3是SPM單步清洗在100℃恒溫加熱不同時(shí)間后得到的樣品的接觸角值。一般認(rèn)為時(shí)間越長(zhǎng)，清洗效果越好。為了驗(yàn)證該觀(guān)點(diǎn)，我們重復(fù)了該實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果確實(shí)表明時(shí)間越久，清洗效果越好，清洗時(shí)間超過(guò)30min，繼續(xù)延長(zhǎng)時(shí)間，對(duì)清洗效果影響不大。原因可能是H2O2在清洗30min后完全分解。幾次實(shí)驗(yàn)所得的結(jié)果顯示，加熱30min后得到的清洗樣品接觸角均為6°左右，接觸角的結(jié)果比較穩(wěn)定，表明SPM單步清洗在恒溫加熱30min時(shí)清洗效果較好。
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圖3-4是SiC單晶樣品在恒溫100℃，SPM單步清洗30min后測(cè)得的樣品表面的AFM圖?？梢钥闯鰳悠吩趩尾絊PM清洗處理后，再用DI水沖洗，N2吹干一系列清洗處理后表面是很干凈的，可清晰的看到樣品表面的臺(tái)階，說(shuō)明單步SPM清洗對(duì)于SiC單晶原片是非常有效的清洗方法。可以看出樣品表面幾乎沒(méi)有任何雜質(zhì)；還可以清晰的看到SiC單晶樣品表面的臺(tái)階，這就為接下來(lái)的蝕刻拋光研究提供了基本保證。SPM+HF清洗：SPM具有強(qiáng)氧化性，為保證樣品表面氧化物的完全溶解，確保樣品表面的清潔度。嘗試SPM處理后用HF溶液處理，HF溶液可將表面某些未溶解的金屬氧化物去除。但發(fā)現(xiàn)使用HF溶液后，得到的樣品表面接觸角變大，對(duì)SiC單晶片的清洗效果不利。在SPM處理30min，HF溶液中浸泡10min，DI水沖洗3min左右，氮?dú)獯蹈珊蟮玫降腟iC單晶樣品的接觸角為20°，比單步SPM處理得到的樣品的接觸角大，表明HF處理對(duì)SiC單晶樣品的清洗效果不利。
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