596 工程科学学报，第43卷.第5期 a (d) e 困1SC的C面和Si面O结合表面的侧面图（红色原子表示O原子，橙色原子表示Si原子，绿色原子表示C原子）例(a~d)C面随着氧气含 量递增的氧化过程：(e~h)Si面随着氧气含量递增的氧化过程 Fig.1 Side views of typical configurations of O-incorporated surfaces on the C-face and Si-face of SiC (Orange,green,and gray circles denote Si,C,and H atoms,respectively)(a-d)the oxidation process of the C-face with increasing oxygen content,(e-h)the oxidation process of the Si-face with increasing oxygen content 2Deal-Grove模型及其改进模型 10 2.1Deal-Grove模型 Linear Deal-Grove模型突破了先前模型在反应过程 中将界面反应和扩散过程割裂考虑的局限o基 10° 于对Si反应本质的认识，实现了对上述反应步骤 Parabolic 的综合考虑，提出了氧化物的生长遵循如下关系： X2+AX=B(t+T) (1) 101 其中，X是氧化物厚度，1是氧化时间，π是初始阶 Linear-parabolic 段Si在薄氧化区(X<0.05m)氧化的时间，与初始 厚度有关.Deal-Grove模型同时考虑了氧化过程 10- 前期化学反应的控制速率步骤和后期扩散反应控 10- 109 101 102 制速率步骤（图2），将前期受化学反应速率控制的 (4B(t+rA-2/min 氧化过程定义为线性增长过程，其速率常数为 4 B14:将后期受扩散速率控制的氧化过程定义为抛 Short-time Intermediate Long-time 物线增长过程，其速率常数为B. 图2Deal-Grove定义的线性-抛物线时间规律的动力学过程o Fig.2 Dynamics process of the linear-parabolic time law defined by 基于此，Deal-Grove模型在其提出的很长一段 Deal-Grove 时间内，广泛应用于不同材料氧化行为的描述.但 Deal-Grove模型在应用于描述SiC氧化过程时P1-2刘， 2.2Song模型及应用 发现模型计算结果与实验数据吻合度不高，尤其 Song模型四用气体进入氧化层的速率表达 是氧化厚度小于20nm时，SiC中C面和Si面的氧 SiO2的生长速率，同时考虑了SiC氧化过程中气 化物生长速率比Deal-Grove模型给出的预测结果 体产物的外扩散过程.如图3所示，SC氧化过程 要高得多.分析发现，一方面，针对$i的氧化建立 可以分为五个步骤： 的Deal-Grove模型没有考虑反应过程产生的气体 (1)氧气输送到氧化物表面： 产物对反应的影响，而这在处理SC氧化过程中 (2)氧气通过氧化膜扩散： 是不可忽略的；另一方面，SC氧化速率对品面取 (3)在氧化物/SiC界面处与SiC反应； 向的依赖性也远远大于S6-1刀因此在描述SiC不 (4)产物气体通过氧化膜向外扩散； 同晶面氧化规律方面，Deal-Grove模型的改进研究 (5)产物气体从氧化物表面向外逸出 得到了广泛关注 图中C为气体平衡浓度，不同下角标对应相应2    Deal-Grove 模型及其改进模型 2.1    Deal-Grove 模型 Deal-Grove 模型突破了先前模型在反应过程 中将界面反应和扩散过程割裂考虑的局限[10] . 基 于对 Si 反应本质的认识，实现了对上述反应步骤 的综合考虑，提出了氧化物的生长遵循如下关系： X 2 + AX = B(t+τ) （1） 其中，X 是氧化物厚度，t 是氧化时间，τ 是初始阶 段 Si 在薄氧化区（X<0.05 μm）氧化的时间，与初始 厚度有关. Deal-Grove 模型同时考虑了氧化过程 前期化学反应的控制速率步骤和后期扩散反应控 制速率步骤（图 2），将前期受化学反应速率控制的 氧化过程定义为线性增长过程 ，其速率常数为 B/A；将后期受扩散速率控制的氧化过程定义为抛 物线增长过程，其速率常数为 B. 基于此，Deal-Grove 模型在其提出的很长一段 时间内，广泛应用于不同材料氧化行为的描述. 但 Deal-Grove 模型在应用于描述 SiC 氧化过程时[21−22] ， 发现模型计算结果与实验数据吻合度不高，尤其 是氧化厚度小于 20 nm 时，SiC 中 C 面和 Si 面的氧 化物生长速率比 Deal-Grove 模型给出的预测结果 要高得多. 分析发现，一方面，针对 Si 的氧化建立 的 Deal-Grove 模型没有考虑反应过程产生的气体 产物对反应的影响，而这在处理 SiC 氧化过程中 是不可忽略的；另一方面，SiC 氧化速率对晶面取 向的依赖性也远远大于 Si[16−17] . 因此在描述 SiC 不 同晶面氧化规律方面，Deal-Grove 模型的改进研究 得到了广泛关注. 2.2    Song 模型及应用 Song 模型[11] 用气体进入氧化层的速率表达 SiO2 的生长速率，同时考虑了 SiC 氧化过程中气 体产物的外扩散过程. 如图 3 所示，SiC 氧化过程 可以分为五个步骤： （1）氧气输送到氧化物表面； （2）氧气通过氧化膜扩散； （3）在氧化物/SiC 界面处与 SiC 反应； （4）产物气体通过氧化膜向外扩散； （5）产物气体从氧化物表面向外逸出. C 图中 ∗为气体平衡浓度，不同下角标对应相应 (a) (b) (c) (d) (e) (f) (g) (h) 图 1 SiC 的 C 面和 Si 面 O 结合表面的侧面图（红色原子表示 O 原子，橙色原子表示 Si 原子，绿色原子表示 C 原子）[18] . （a～d）C 面随着氧气含 量递增的氧化过程；（e～h）Si 面随着氧气含量递增的氧化过程 Fig.1 Side views of typical configurations of O-incorporated surfaces on the C-face and Si-face of SiC (Orange, green, and gray circles denote Si, C, and H atoms, respectively) [18] : (a−d) the oxidation process of the C-face with increasing oxygen content; (e ‒h) the oxidation process of the Si-face with increasing oxygen content Linear Parabolic Linear-parabolic 101 100 10−1 10−1 100 101 (4B(t+τ)/A −2)/min Short-time Intermediate Long-time 2XA−1/nm 102 103 104 10−2 图 2 Deal-Grove 定义的线性−抛物线时间规律的动力学过程[20] Fig.2 Dynamics process of the linear−parabolic time law defined by Deal-Grove[20] · 596 · 工程科学学报，第 43 卷，第 5 期