在4H-SiC的Si(0001)和C(000)晶面上，采用OH或F-OH表面修饰进行逐步HF刻蚀：基于第一性原理的原子尺度刻蚀机制研究

《Physical Chemistry Chemical Physics》：Step-by-step HF etching on the Si(0001) and C(000) crystal faces of 4H-SiC with OH or F-OH terminations: a first-principles study of the atomic-scale etching mechanism

SiC晶面蚀刻机制研究：基于第一性原理的HF蚀刻动力学分析显示C(0001)面比Si(0001)面更易蚀刻（能量势垒2.77 eV），F-OH终止通过减少HF分子需求（较OH termination减少约15%）显著提升蚀刻效率，产物均为SiF4和CHF3气体。

　　

蚀刻是集成电路（IC）制造过程中的关键步骤。本研究利用第一性原理密度泛函理论（DFT）研究了具有OH或F-OH表面的4H-SiC材料中Si(0001)和C(0001)晶面的顺序HF蚀刻行为。研究发现，C面和Si面在蚀刻效率方面存在显著差异：C面的蚀刻过程更具优势，其能量变化更为平缓且数值更负。相比之下，Si面的能量波动较大，能量障碍较高，表明蚀刻过程更为困难。此外，富含氟的F-OH表面仅需较少的HF分子即可完成C-Si键的断裂，而OH表面的蚀刻过程则需要更多HF分子。值得注意的是，F-OH表面的反应能量更低（2.77 eV），且反应动力学更为理想。无论采用C面还是Si面以及何种表面修饰方式，最终的蚀刻产物都一致，Si原子以SiF4气体的形式释放，C原子则以CHF3气体的形式释放。因此，表面修饰方式主要影响蚀刻过程的能量和动力学特性，对蚀刻产物的影响较小。蚀刻过程中还伴随着质子转移以及H3O+和-C–O–Si–等结构的形成。这些结果为蚀刻机制提供了重要见解，不仅揭示了反应速率限制的根源，还为未来4H-SiC蚀刻工艺的优化提供了指导。