硅碳化物（SiC）作為一種具有前景的材料，在功率電子學(xué)領(lǐng)域中扮演著重要角色，尤其在SOI（硅上的絕緣體）結(jié)構(gòu)上生長的SiC層，對于創(chuàng)建二極管結(jié)構(gòu)、微電機(jī)系統(tǒng)（MEMS）和光電子設(shè)備具有特別的意義。這些應(yīng)用要求材料具備優(yōu)異的電物理特性，包括良好的歐姆接觸和肖特基勢壘的形成。為了實現(xiàn)這些特性，通常需要對材料進(jìn)行后處理，如熱處理，以改善其電物理性能。脈沖激光處理（PLT）作為一種非接觸、高能量密度的處理手段，能夠?qū)崿F(xiàn)材料表面的局部熔化和活性層的激活，從而在不損害整體結(jié)構(gòu)的情況下，改善材料的電物理特性。此外PLT還能改變材料的光學(xué)特性，這對于光電子設(shè)備的性能同樣至關(guān)重要。

盡管SiC材料在電子和光電子領(lǐng)域具有巨大的應(yīng)用潛力，但在實際應(yīng)用中仍面臨一些挑戰(zhàn)。其中之一是如何在保持材料其他性能的同時，實現(xiàn)對其電物理特性的有效調(diào)控。傳統(tǒng)的熱處理方法可能會因為高溫而導(dǎo)致材料結(jié)構(gòu)的退化或不均勻性。PLT提供了一種可能的解決方案，但其對材料特性的影響需要深入研究。特別是，PLT過程中的能量密度、脈沖寬度和處理時間等參數(shù)對材料結(jié)構(gòu)、光學(xué)和電物理特性的具體影響尚不完全清楚。此外，PLT引起的表面形態(tài)變化、層電阻的變化以及可能的硅化物相形成等現(xiàn)象，都需要通過準(zhǔn)確的實驗設(shè)計和分析來詳細(xì)闡述。解決這些問題對于優(yōu)化PLT工藝，提高SiC基電子和光電子設(shè)備的性能具有重要意義。

針對以上問題，研究團(tuán)隊利用澤攸科技ZEM系列臺式掃描電鏡進(jìn)行了深入研究，他們通過分析PLT對Ni/SiC/poly-Si/Si3N4/SiO2/Si結(jié)構(gòu)的光學(xué)和電物理特性的影響，并探討了在不同能量密度下PLT對材料表面形態(tài)、層電阻以及反射率等特性的改變，這項研究發(fā)表在第十四屆國際科學(xué)與技術(shù)會議上。

研究的主要內(nèi)容集中在探究PLT對Ni/SiC/poly-Si/Si3N4/SiO2/Si這種特定多層結(jié)構(gòu)材料的光學(xué)和電物理特性的影響。研究團(tuán)隊通過實驗方法，首先在硅基底上構(gòu)建了包含多晶硅、氮化硅、二氧化硅和硅碳化物的多層結(jié)構(gòu)，并在其上沉積了鎳層。隨后利用紅寶石激光器對這些結(jié)構(gòu)進(jìn)行不同能量密度的脈沖激光處理。

圖 脈沖激光退火的示波圖

研究的核心在于分析PLT如何改變材料的表面形態(tài)、層電阻以及光譜反射率。通過掃描電子顯微鏡觀察到，在特定能量密度下，PLT能夠引起表面顆粒狀形態(tài)的形成，這種形態(tài)變化伴隨著材料反射率的降低。此外，通過測量層電阻的變化，研究揭示了PLT對材料電導(dǎo)率的顯著影響，這可能與表面層的熔化和硅化物相的形成有關(guān)。

進(jìn)一步地，研究還涉及了PLT對材料光學(xué)特性的影響，通過光譜反射率的測量，發(fā)現(xiàn)處理后的材料在不同能量密度下展現(xiàn)出不同的光譜特性。這些發(fā)現(xiàn)對于理解和優(yōu)化脈沖激光處理工藝，以及開發(fā)新型高性能電子和光電子設(shè)備具有重要意義。

圖 不同能量密度下脈沖激光處理對樣品表面形態(tài)影響的掃描電鏡圖像

研究中使用的澤攸科技ZEM系列臺式掃描電鏡主要用來觀察和分析經(jīng)過PLT后的Ni/SiC/poly-Si/Si3N4/SiO2/Si結(jié)構(gòu)的表面形態(tài)變化。通過這種高分辨率的顯微技術(shù)，研究人員能夠詳細(xì)地觀察到材料表面在不同能量密度的PLT作用下發(fā)生的微觀結(jié)構(gòu)變化，如顆粒狀形態(tài)的形成和表面粗糙度的增加。

ZEM系列臺式掃描電鏡的使用為研究提供了重要的視覺證據(jù)，幫助研究人員理解PLT如何影響材料的表面特性，這些特性的變化直接關(guān)聯(lián)到材料的光學(xué)和電物理性能。例如表面形態(tài)的改變可能會影響材料的反射率和吸收特性，而這些都是評估材料在光電應(yīng)用中性能的關(guān)鍵因素。此外通過ZEM系列臺式掃描電鏡的分析還有助于揭示PLT過程中可能發(fā)生的材料相變或化學(xué)組成的變化，這對于深入理解PLT對 材料性能影響的機(jī)理至關(guān)重要。