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在一些功率器件中,衬底材料需要保证一些基本性能,如宽的能带隙、优异的导热性、高的击穿电场和良好的化学稳定性等。因此,作为第三代半导体材料单晶碳化硅(4H-SiC)受到了高度的关注,被广泛地应用在高压、高温、高功率、高频率等的电子领域。这些领域对碳化硅表面质量要求极高,目前已经存在的碳化硅抛光方法,如机械研磨、化学机械抛光、电化学机械抛光、等离子体辅助抛光等,这些加工方法存在着表面材料去除率低、加工后表面存在划痕等不足。基于这些不足,本文提出了新的抛光碳化硅方法,紫外光催化辅助抛光碳化硅,该方法是利用机械与化学协同作用对碳化硅表面进行高效无损伤材料去除。采用分子动力学及反应分子动力学模拟对碳化硅抛光进行模拟,从原子层面上观察抛光过程中机械与化学相互促进作用的影响,采用光催化辅助抛光碳化硅试验对部分模拟进行验证。(1)本文基于分子动力学原理,通过Lammps分子动力学模拟软件对金刚石磨粒抛光碳化硅的参数影响进行模拟。研究表明:首先在相同下压速度、划擦速度及磨料的条件下,划擦不同表面,得到了Si面划擦质量比C面好。不同磨料对碳化硅工件的Si面进行划擦,金刚石磨粒效果好于二氧化硅,二氧化硅仅能扰乱表面原子,证明了硬度关系:金刚石大于碳化硅大于二氧化硅。磨粒不同下压深度划擦碳化硅工件的Si面,划擦的深度越大温度越高势能越高,磨粒所受阻力越多,磨粒的切削力越大。机械划擦提高了工件的势能,势能提高可以促进化学反应。(2)基于化学作用辅助机械作用原理,通过反应分子动力学模拟(ReaxFF MD)研究在羟基自由基水溶液中金刚石磨粒抛光碳化硅的原子级去除机理。研究表明:首先羟基自由基和水分子吸附在碳化硅表面,然后浸入到碳化硅表面并与Si原子和C原子成键,实现碳化硅基体的氧化。在磨粒机械作用下,工件的Si原子主要以SiO、SiO2或Si链的形式去除,工件的C原子主要以CO、CO2形式去除。抛光压力对去除过程的影响效果比抛光速度明显。抛光压力越大,工件表面吸附的原子数越多,工件去除的原子越多;抛光速度过大,基体与溶液反应时间缩短,导致工件原子去除量小。化学反应使得碳化硅表面生成了硬度低的二氧化硅等产物,利于机械作用去除工件表面材料。(3)采用光催化辅助抛光碳化硅对模拟进行验证,采用XPS对表面进行分析,结果表明,抛光后的碳化硅表面存在Si-C、Si-C-O、Si-O、C-O和C=O等键,验证了模拟的准确性。