利用低能缪子自旋旋转谱研究 SiO2-SiC 界面

利用低能注入的正缪子作为局域探针，能够以纳米深度分辨率获取感兴趣材料的信息（低能缪子自旋旋转谱（LE-$\mu$SR））。本工作中，我们利用 LE-$\mu$SR 的能力对 SiO$_\text{2}$-SiC 界面进行研究。对热氧化样品在一氧化氮（NO）与氩（Ar）气氛中退火前后进行了研究。发现热氧化导致靠近界面的 SiC 晶体及界面本身发生结构变化。已知 NO 环境退火可钝化缺陷，降低界面陷阱密度（D$_{it}$）；LE-$\mu$SR 进一步揭示 NO 退火在 SiC 中形成高载流子浓度的薄层，其延伸超过 50 nm（取决于退火条件）。我们还观察到热氧化后 SiC 中硅空位（V$_{Si}$）形成的迹象。NO 退火后，氮占据 V$_{Si}$ 位点，导致 D$_{it}$ 降低，同时在界面附近形成富载流子区域。通过与已知掺杂浓度样品的 LE-$\mu$SR 数据比较，我们对 NO 退火后界面附近的自由载流子浓度进行了高分辨率量化，并讨论了观测到的近表面变化的起源。最后，利用 LE-$\mu$SR 展示了 MOS 电容在界面下方区域的载流子耗尽。NO 退火样品显示出最窄的耗尽区，可能由于降低的 D$_{it}$ 与界面附近的富载流子区域。我们的发现展示了利用 LE-$\mu$SR 研究半导体器件关键区域的多重优势，这些区域此前其他技术无法触及，同时保留了纳米级深度分辨率与非破坏性方法。