与传统半导体Si、Ga As相比,第三代半导体Si C拥有禁带宽度大、载流子饱和转移速率高、导热系数高、击穿电场强度高以及优异的物化稳定性等特点,使得Si C基高功率电子器件在高温、高频等苛刻环境中的应用具有更强的适用性和优异性。然而,由于Si C材料的禁带宽度较大而且其表面态较为复杂,因此不易获得较好的欧姆接触,这极大地影响了Si C基器件的工作效能。因此,传统Si C基器件制备需要在Si C表面形成重掺杂,并连同金属经高温退火才能形成较好的Si C-金属欧姆接触。但是Si C重掺杂工艺难度大、成本高,且高温处理极易在Si C表面/界面处产生缺陷,从而影响Si C-金属欧姆接触的稳定性。紫外激光具有瞬时高能量密度输出及超快能量注入效应,且Si C对紫外波长光吸收率高,基于紫外激光对Si C表面辐照改性的科研近年来已有开展。但至今尚无法较好地对Si C表面态进行调控使其达到器件应用水平,激光对Si C表面态及其缺陷行为的作用规律及机制还有待系统的研究和明晰,以获得有目的调控Si C表面电接触性质而改善Si C基器件性能的有效信息。所以,对激光诱导Si C表面态变化和相关的调控规律和机制的研究,存在十分重要的科研价值和应用意义,这也是本博士论文研究工作的基本出发点。论文根据Ar F准分子激光(波长193 nm)的高能光子(6.5 e V)特性,进行了激光辐照4H-Si C表面诱导缺陷态及电接触改性的调控研究,所用气氛环境为目前大多研究常用的空气和真空两种气氛环境。通过导电原子力显微镜(C-AFM)、透射电子显微镜(TEM)等,系统地研究了空气和真空中Ar F准分子激光辐照4H-Si C诱导O、N、C原子缺陷态的分布特征,采用傅利叶红外光谱(FTIR)、X射线光电子能谱(XPS)等分析了不同环境条件下O、N、C原子缺陷态形成的原因和机理。针对目前金属/Si C欧姆接触的局限性问题,进一步研究了激光改性4H-Si C表面O、N、C缺陷态对金属/4H-Si C势垒的影响,明显改善4H-Si C表面电接触特性,且无需传统退火工序在其表面实现了改良的欧姆接触。基于密度泛函理论(DFT),解释了激光诱导O、N、C等原子缺陷态对表面电接触改性的贡献机制,丰富了高性能Si C基器件可控制备的理论研究依据。研究发现,空气中经Ar F准分子激光辐照,4H-Si C表面Schottky势垒可以在0.38±0.05 e V至1.82±0.1 e V间进行调控。由于Ar F准分子激光的光子能量较高(6.5 e V),远高于Si-C键的能量(3.21 e V),因此,当4H-Si C表面累计吸收的能量超过Si-C键能及断裂所需的振动能时,即发生断键导致的光化学反应。空气中,Ar F准分子激光辐照诱导的等离子体中大多数的Si原子会沉积在4H-Si C表面,形成亚稳态的非化学配比并具有O空位的Si O_x/Si织构,O空位的引入会在一定程度上降低肖特基势垒宽度,因此提高电子的直接隧穿电流效应的几率;而诱导出的C原子则会与空气中的N原子结合并产生Pyridinic-N及Pyrrolic-N掺杂的石墨烯层,该N掺杂石墨烯的费米能级向导带偏移了约0.4 e V,从而降低了金属/4H-Si C接触的势垒高度。因此,研究确定激光辐照产生的Si O_x/Si造成接触势垒宽度减薄以及N掺杂多层石墨烯造成接触势垒高度降低的共同作用导致了空气中Ar F准分子激光辐照4H-Si C表面电接触的改性。真空中的激光辐照实验,着重对激光辐照诱导的单空位(SV)、双空位(DV)、多空位(MV)等C原子缺失缺陷及Stone-Wales(SW)晶格畸变等多种C缺陷态的产生和分布特征进行了系统分析。SW(55-77)的形成能约为5 e V,属于形成能较小的C原子缺陷,193 nm波长Ar F激光的光子能量(6.5 e V)可以直接满足缺陷所需的形成能;而SV(5-9)、DV(5-8-5)、MV(7-55-7)等C原子缺陷的形成能均大于6.5 e V,此时,由于Ar F准分子激光在4H-Si C表面的多脉冲辐照(>1000次)形成一个能量注入的非平衡过程,这种非平衡态的存在有利于空位或非晶化的出现。Ar F准分子激光可以诱导出SV(5-9)、DV(5-8-5)、MV(7-55-7)等C原子缺陷。探究Ar F准分子激光诱导4H-Si C表面C原子缺陷态的形成机理,可以有目的地优化4H-Si C表面缺陷态以实现对表面功能的改善。进一步研究发现,不同的C原子缺陷态对4H-Si C电接触改性具有不同的作用机制。SV(5-9)和MV(7-55-7)缺陷中,C原子缺失造成悬挂键的增加,使得费米能级附近的电子局域态密度增加,造成电子-空穴复合概率增大,导致在这些缺陷态集中区的金属与4H-Si C间电传输性能减弱。而SW(55-77)和DV(5-8-5)缺陷是由于C原子移位造成的晶格畸变,C原子间距离变短,从而C原子间存在较高的差分电荷密度,因此,与SV(5-9)和MV(7-55-7)缺陷相比,SW(55-77)和DV(5-8-5)缺陷态集中区的金属与4H-Si C间的电传输性能会更好。明确不同C原子缺陷态对4H-Si C电传输特性的影响机制,对激光辐照调控金属/Si C界面电接触特性的研究具有重要的指导意义。论文通过对空气和真空中Ar F准分子激光辐照调控4H-Si C表面态的系统研究,确定了不同气氛条件下激光诱导4H-Si C表面O、N、C缺陷态的形成原因、分布特征及调控机理,并对各缺陷态引起的Si C表面电接触变化过程进行了测试与分析,实现了可控的4H-Si C表面电接触改性。该物理过程与机制研究为进一步推进激光辐照Si C改性研究和发展Si C基高性能光电器件提供了有意义的实验依据及理论参照。