低能等离子体轰击对单晶硅表面性能的影响

作     者：余天翔 薛转转 武鹏远 Oleksiy Penkov 

作者机构：浙江大学伊利诺伊大学厄巴纳香槟校区联合学院 

出 版 物：《真空科学与技术学报》 (Chinese Journal of Vacuum Science and Technology)

年 卷 期：2024年

学科分类：080903[工学-微电子学与固体电子学] 0809[工学-电子科学与技术（可授工学、理学学位）] 08[工学] 080501[工学-材料物理与化学] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 080502[工学-材料学] 

主　　题：单晶硅 等离子体轰击 刻蚀深度 表面粗糙度 拉曼光谱 接触角 

摘      要：为了研究低能等离子体轰击对单晶硅表面物理性能的影响。通过控制刻蚀时间和真空腔内气体压强等因素，使用低能等离子体对单面抛光单晶硅（100）进行刻蚀。通过测量刻蚀后硅片的刻蚀深度、硅片表面粗糙度、拉曼光谱以及接触角，研究硅片表面物理性能的变化。实验结果表明，随着刻蚀时间的增加，硅片刻蚀深度基本不变，而随着刻蚀压力的增加，硅片刻蚀深度先减小后增加。当刻蚀电流为0.1 A，气体压力为2 mTorr时，硅片表面粗糙度在刻蚀时间为40 s时达到极小值。对刻蚀后硅片的拉曼光谱进行测量，发现拉曼二阶峰在总体上随刻蚀时间的增加而略微降低。分别使用氩离子和氮离子对硅片进行刻蚀，发现两者在空气中保存一段时间后水滴角均会有不同程度的增加。将刻蚀后的硅片分别置于氩气、氮气和空气环境中保存，硅片表面水滴角变化趋势几乎完全一致。证明低温等离子体轰击在较短的刻蚀时间内对硅片厚度没有明显影响，对硅片表面的粗糙度有一定的提高效果，对硅片表面的润湿性也起到了一定的减小作用，其中氩离子轰击处理的硅片更是在保存一段时间后发生了由亲水性到疏水性的转变。