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

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

Abstract

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.

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.

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