We here report a step unbunching phenomenon, which is the inverse of the phenomenon of step bunching. When a 4H-SiC (0001) surface is annealed at a high temperature, step bunching arises due to the different velocities of the step motion in adjacent steps, resulting in steps with a height of more than several nanometers. We found that the bunched steps, thus, obtained by hydrogen etching in an Ar/H2 atmosphere were “unbunched” into lower height steps when annealed subsequently at lower temperatures. This unbunching phenomenon can be well explained by the consequence of the competition between energetics and kinetics. Our findings provide another approach for the surface smoothing of SiC by hydrogen etching and may give significant insight into the application of SiC power devices and two-dimensional materials growth techniques in general.

1.
H.-C.
Jeong
and
E. D.
Williams
,
Surf. Sci. Rep.
34
,
171
(
1999
).
2.
M.
Hattori
,
S.
Iijima
,
T.
Nakao
,
H.
Hosono
, and
M.
Hara
,
Nat. Commun.
11
,
2001
(
2020
).
3.
K. S.
Novoselov
,
A. K.
Geim
,
S. V.
Morozov
,
D.
Jiang
,
M. I.
Katsnelson
,
I. V.
Grigorieva
,
S. V.
Dubonos
, and
A. A.
Firsov
,
Nature
438
,
197
(
2005
).
5.
T.
Kimoto
,
A.
Itoh
,
H.
Matsunami
, and
T.
Okano
,
J. Appl. Phys.
81
,
3494
(
1997
).
6.
H.
Watanabe
and
T.
Hosoi
,
Physics and Technology of Silicon Carbide Devices
(
InTech
,
2012
).
7.
C.
Berger
,
Z.
Song
,
X.
Li
,
X.
Wu
,
N.
Brown
,
C.
Naud
,
D.
Mayou
,
T.
Li
,
J.
Hass
,
A. N.
Marchenkov
,
E. H.
Conrad
,
P. N.
First
, and
W. A.
de Heer
,
Science
312
,
1191
(
2006
).
8.
K. V.
Emtsev
,
A.
Bostwick
,
K.
Horn
,
J.
Jobst
,
G. L.
Kellogg
,
L.
Ley
,
J. L.
McChesney
,
T.
Ohta
,
S. A.
Reshanov
,
J.
Röhrl
,
E.
Rotenberg
,
A. K.
Schmid
,
D.
Waldmann
,
H. B.
Weber
, and
T.
Seyller
,
Nat. Mater.
8
,
203
(
2009
).
9.
M.
Kusunoki
,
W.
Norimatsu
,
J.
Bao
,
K.
Morita
, and
U.
Starke
,
J. Phys. Soc. Jpn.
84
,
121014
(
2015
).
10.
M.
Sprinkle
,
M.
Ruan
,
Y.
Hu
,
J.
Hankinson
,
M.
Rubio-Roy
,
B.
Zhang
,
X.
Wu
,
C.
Berger
, and
W. A.
de Heer
,
Nat. Nanotechnol.
5
,
727
(
2010
).
11.
T.
Kajiwara
,
Y.
Nakamori
,
A.
Visikovskiy
,
T.
Iimori
,
F.
Komori
,
K.
Nakatsuji
,
K.
Mase
, and
S.
Tanaka
,
Phys. Rev. B
87
,
121407(R)
(
2013
).
12.
J.
Baringhaus
,
M.
Ruan
,
F.
Edler
,
A.
Tejeda
,
M.
Sicot
,
A.
Taleb-Ibrahimi
,
A.-P.
Li
,
Z.
Jiang
,
E. H.
Conrad
,
C.
Berger
,
C.
Tegenkamp
, and
W. A.
de Heer
,
Nature
506
,
349
(
2014
).
14.
W.
Norimatsu
and
M.
Kusunoki
,
Physica E
42
,
691
(
2010
).
15.
M.
Morita
,
W.
Norimatsu
,
H.-J.
Qian
,
S.
Irle
, and
M.
Kusunoki
,
Appl. Phys. Lett.
103
,
141602
(
2013
).
16.
W.
Norimatsu
and
M.
Kusunoki
,
Semicond. Sci. Technol.
29
,
064009
(
2014
).
17.
Y.-M.
Lin
,
D. B.
Farmer
,
K. A.
Jenkins
,
Y.
Wu
,
J. L.
Tedesco
,
R. L.
Myers-Ward
,
C. R.
Eddy
, Jr.
,
D. K.
Gaskill
,
C.
Dimitrakopoulos
, and
P.
Avouris
,
IEEE Electron Device Lett.
32
,
1343
(
2011
).
18.
S.-H.
Ji
,
J. B.
Hannon
,
R. M.
Tromp
,
V.
Perebeinos
,
J.
Tersoff
, and
F. M.
Ross
,
Nat. Mater.
11
,
114
(
2012
).
19.
T.
Low
,
V.
Perebeinos
,
J.
Tersoff
, and
P.
Avouris
,
Phys. Rev. Lett.
108
,
096601
(
2012
).
20.
M.
Kruskopf
,
D. M.
Pakdehi
,
K.
Pierz
,
S.
Wundrack
,
R.
Stosch
,
T.
Dziomba
,
M.
Götz
,
J.
Baringhaus
,
J.
Aprojanz
,
C.
Tegenkamp
,
J.
Lidzba
,
T.
Seyller
,
F.
Hohls
,
F. J.
Ahlers
, and
H. W.
Schumacher
,
2D Mater.
3
,
041002
(
2016
).
21.
M.
Kruskopf
,
K.
Pierz
,
D. M.
Pakdehi
,
S.
Wundrack
,
R.
Stosch
,
A.
Bakin
, and
H. W.
Schumacher
,
Thin Solid Films
659
,
7–15
(
2018
).
22.
D. M.
Pakdehi
,
K.
Pierz
,
S.
Wundrack
,
J.
Aprojanz
,
T. T. N.
Nguyen
,
T.
Dziomba
,
F.
Hohls
,
A.
Bakin
,
R.
Stosch
,
C.
Tegenkamp
,
F. J.
Ahlers
, and
H. W.
Schumacher
,
ACS Appl. Nano Mater.
2
,
844
(
2019
).
23.
A.
Chatterjee
,
M.
Kruskopf
,
S.
Wundrack
,
P.
Hinze
,
K.
Pierz
,
R.
Stosch
, and
H.
Scherer
,
ACS Appl. Electron. Mater.
4
,
5317
(
2022
).
24.
K.
Yagi
,
H.
Minoda
, and
M.
Degawa
,
Surf. Sci. Rep.
43
,
45
(
2001
).
25.
J. S.
Ozcomert
,
W. W.
Pai
,
N. C.
Bartelt
, and
J. E.
Reutt-Robey
,
J. Vac. Sci. Technol., A
12
,
2224
(
1994
).
26.
S.
Nie
,
C. D.
Lee
,
R. M.
Feenstra
,
Y.
Ke
,
R. P.
Devarty
,
W. J.
Choyke
,
C. K.
Inoki
,
T. S.
Kuan
, and
G.
Gu
,
Surf. Sci.
602
,
2936
(
2008
).
27.
V.
Borovikov
and
A.
Zangwill
,
Phys. Rev. B
79
,
245413
(
2009
).
28.
Y.
Ishida
and
S.
Yoshida
,
Jpn. J. Appl. Phys., Part 1
54
,
061301
(
2015
).
29.
Y.
Ishida
and
S.
Yoshida
,
Jpn. J. Appl. Phys., Part 1
55
,
095501
(
2016
).
30.
J.
Bao
,
O.
Yasui
,
W.
Norimatsu
,
K.
Matsuda
, and
M.
Kusunoki
,
Appl. Phys. Lett.
109
,
081602
(
2016
).
31.
G. R.
Yazdi
,
R.
Vasiliauskas
,
T.
Iakimov
,
A.
Zakharov
,
M.
Syvajarvi
, and
R.
Yakimova
,
Carbon
57
,
477
(
2013
).
32.
Y.
Masuda
,
W.
Norimatsu
, and
M.
Kusunoki
,
Phys. Rev. B
91
,
075421
(
2015
).
33.
W.
Norimatsu
,
K.
Matsuda
,
T.
Terasawa
,
N.
Takata
,
A.
Masumori
,
K.
Ito
,
K.
Oda
,
T.
Ito
,
A.
Endo
,
R.
Funahashi
, and
M.
Kusunoki
,
Nanotechnology
31
,
145711
(
2020
).
34.
R.
Sakakibara
and
W.
Norimatsu
,
Phys. Rev. B
105
,
235442
(
2022
).
35.
V. I.
Marchenko
and
A. Y.
Parshin
,
Sov. Phys. JETP
52
,
129
(
1980
).
36.
37.
H.
Hibino
and
T.
Ogino
,
Phys. Rev. Lett.
72
,
657
(
1994
).
38.
E. S.
Fu
,
M. D.
Johnson
,
D.-J.
Liu
,
J. D.
Weeks
, and
E. D.
Williams
,
Phys. Rev. Lett.
77
,
1091
(
1996
).
You do not currently have access to this content.