Search for crystalline SiO2 on the wet chemically treated 6H-SiC(0001) surface

Abstract

Auf einer 6H-SiC(0001) Oberfläche wurde nach nasschemischer Behandlung eine kristalline Überstruktur aus SiO2 gefunden. Diese Oberfläche wurde als Modellsystem für oberflächen-chemische Untersuchungen vorgesehen. Um diese Schicht zu reproduzieren und zu optimieren, wurden systematisch die Auswirkungen von chemischen und thermischen Behandlungen untersucht. Mithilfe von AFM und XPS wurde eine verbesserte Reinigungstechnik und -methodik entwickelt. Die so behandelten Oberflächen waren frei von Verunreinigungen (außer adventivem C). Mit nc-AFM und LEED wurde jedoch festgestellt, dass sie anstelle eines kristallinen Films mit amorphem SiO2 terminiert waren. Durch die Untersuchung der Unterschiede zwischen den Proben, die den alten und den neuen Präparationsverfahren unterzogen wurden, konnte die ursprüngliche Oberflächenbeschaffenheit wiederhergestellt werden. Dies wurde durch Wiederholung der ursprünglichen Reinigungstechnik erreicht, die mit Extran und milliQ Beschallung beendet wurde, ohne anschließendes Kochen in H2O. Dies ging jedoch mit einer P Kontamination einher. Darüber hinaus wurde Cr beobachtet. Es wird vermutet, dass die P und/oder Cr Kontamination letztlich für die kristalline Siliziumoxidschicht verantwortlich war.

A 6H-SiC(0001) surface was found to host a crystalline superstructure consisting of SiO2 after wet chemical treatment. This surface was envisioned as a model system for surface chemistry studies. In order to replicate and optimize this film, chemical and thermal treatments were investigated systematically. Using AFM and XPS, an improved cleaning technique and methodology was established. Such processed surfaces were clean of contaminants (except adventitious C). However, with nc-AFM and LEED, they were found to be terminated with amorphous SiO2 instead of a crystalline film. Through investigation of differences between the samples subjected to old and new preparation procedures, the original surface termination could be re-prepared. This was achieved by repeating the original cleaning technique, which was finished with Extran and milliQ sonication, without subsequent boiling in H2O. However, this was accompanied by a P contamination. In addition, Cr was observed. It is hypothesized that P and/or Cr contamination were ultimately responsible for the crystalline silicon oxide overlayer.