氢钝化对 Si(100)-SiO$_2$ 中空间分辨电荷陷阱密度的影响
材料科学
2025-08-01 v2
摘要
随着硅基器件不断缩小至纳米尺度，Si-SiO 界面处的陷阱对器件性能构成了日益严峻的挑战。这些陷阱会降低沟道载流子迁移率并改变集成电路的阈值电压，同时在量子系统中引入电荷噪声，从而降低其相干时间。了解此类陷阱的精确位置有助于理解其对器件性能的影响。在本工作中，我们证明了频率调制原子力显微镜（fm-AFM）能够检测单个陷阱。我们利用此技术研究样品制备（特别是引入埋藏的氢终止层）以及成型气体（N+H）后退火如何影响 Si(100)-SiO 系统中类施主陷阱的密度。我们对常规制备的（“原始”）硅样品和在超高真空下为氢光刻（HRL）而加工的样品中的陷阱进行了空间映射和量化。我们证实了先前关于陷阱氢钝化的研究，并发现氢终止进一步降低了类施主陷阱密度。我们还观察到，与原始硅样品相比，氢终止样品中的双能级类施主陷阱显著减少。这些发现表明，由于陷阱密度降低，HRL 制备的硅可能为高性能纳米级和原子级器件提供优势。
关键词
引用
@article{arxiv.2505.23574,
title = {Hydrogen Passivation Effects on Spatially Resolved Charge Trap Densities in Si(100)-SiO$_2$},
author = {Adam J. Czarnecki and Nikola L. Kolev and Patrick See and Nick Sullivan and Wyatt A. Behn and Neil J. Curson and Taylor J. Z. Stock and Peter Grütter},
journal= {arXiv preprint arXiv:2505.23574},
year = {2025}
}
备注
8 pages, 11 figures, modified title, added new Fig 5 to directly compare counting methods to manual counts, added details in the discussion in section III and IV, added details about DL method in supplementary section, fixed typos