氢自由基诱导挥发性硅氢化物在钌膜表面的化学吸附机理及其自限制特性研究

《Surfaces and Interfaces》：Chemisorption of H radical generated volatile Si hydrides on Ru films

本文研究了氢自由基（H）作用下挥发性硅氢化物（SiHx）在钌（Ru）薄膜表面的化学吸附机制。研究发现无原生氧化层的Ru可催化SiH4解离（粘附概率～5×10-7），而H生成的SiHx*自由基具有更高粘附概率（≥0.5）和吸附容量（～2.6 ML）。该过程通过形成RuxSiy合金实现自限制吸附，对极端紫外光学器件抗污染和催化剂防失活研究具有重要意义。

　　

亮点

H暴露腔体与样品*

主要定制装置如图1所示，该超高频真空（UHV）腔体基础压力为10^-6帕。氢自由基（H*）通过钨丝热裂解H₂分子产生（温度约2273±50K），氢气由质量流量控制器导入，工作压力设置为5帕。有效抽速计算公式为S_eff = Q/P，其中Q代表......

无H条件下SiH₄与Ru的相互作用*

H*对硅的蚀刻会形成气态SiH₄（主要产物）。SiH₄是化学气相沉积（CVD）技术中硅薄膜生长的标准气源，通常需要热或等离子体激活。本研究发现：无原生氧化层的Ru即使在室温下也能催化SiH₄解离，吸附上限为1单层（ML），而传统CVD工艺在此条件下无法实现沉积。

结论

本研究揭示了H作用下气态硅氢化物污染Ru表面的机制。对照实验表明：无原生氧化层的Ru可催化SiH₄解离（粘附概率s₁～5×10^-7），吸附上限c₁^sat～1 ML；而H生成的SiH_x*自由基具有更高粘附概率（≥0.5）和吸附容量（～2.6 ML）。该过程通过形成Ru_xSi_y合金导致自限制吸附，为光学器件抗污染设计提供了新见解。