환원된 그래핀 산화물을 보호 층으로 적용한 4H-SiC 표면 거칠기 향상 연구

Improvement of 4H-SiC surface morphology using r-GO as a capping layer

Abstract

본 연구에서는 이온주입 된 4H-탄화규소(SiC) 에피 층 위에 환원된 그래핀 산화물 (r-GO)을 보호 층으로 적용하여 고온 열처리 공정 중 발생하는 표면 거칠기 악화를 개선하였다. 실험에 사용 된 4H-SiC 에피 층은 $4^{\circ}$ off-axis n-형 4H-SiC 기판 위에 $10{\mu}m$ 두께로 성장되었다. $n^+$-형 4H-SiC 층을 제공하기 위해 $1.73{\times}10^{15}cm^{-2}$ 농도의 질소를 고온 고에너지 이온주입 공정으로 주입하였고, 보호 층으로 사용한 r-GO는 스프레이 코팅 방식으로 4H-SiC 층 위에 형성하였다. r-GO를 보호 층으로 적용 한 결과, 적용하지 않은 시료에 비해 고온 열처리 후 표면 거칠기 (RMS)가 10배 개선되었으며, 전기적 측정으로 추출한 누설 전류를 통해 표면 거칠기 개선으로 표면 상태가 완화되었음을 확인하였다.

We investigated the improvement of surface roughness and states after high temperature annealing using reduced-graphene oxide (r-GO) capping layer on ion-implanted 4H-SiC epitaxial layer. The specification of the 4H-SiC wafer grown on n-type $4^{\circ}$ off-axis 4H-SiC was $10{\mu}m$-thick and n-type epitaxial layer with a dose of $1.73{\times}10^{15}cm^{-2}$. The $n^+$ region were formed by multiple nitrogen ion-implantations and r-GO capping layer was produced by spray coating method. AFM measurements revealed that RMS value of the sample capped with r-GO was tenfold decrease compared to the sample without r-GO capping. The improvement of surface states was also verified by the improvement of leakage current level.

Fig. 1. HR-SEM images of the SiC surface annealed (a) without r-GO and (b) with r-GO capping layer. 그림 1. r-GO 보호 층 적용 (a) 유/ (b) 무에 대한 SiC 표면 고해상도 주사전자현미경 이미지

Fig. 2. 3-dimensional AFM images of the SiC surface annealed (a) without r-GO and (b) with r-GO capping layer. 그림 2. r-GO 보호 층 적용 (a) 유/ (b) 무에 대한 SiC 표면 3차원 원자간 힘 현미경 이미지

Fig. 3. J-V curves of Ni/4H-SiC Schottky diodes annealed with (solid circle) r-GO and without (open circle) r-GO capping layer. 그림 3. r-GO 보호 층 적용 유 (꽉찬 원형)/무 (빈 원형)에 대한 Ni/4H-SiC 쇼트키 다이오드 전류밀도-전압 특성