TiAlTiAu与AlGaN欧姆接触特性
欧姆接触
欧姆接触
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
王书方
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引言
任何两种相接触的固体的费米能级（Fermi level）（或者 严格意义上，化学势）必须相等。 费米能级和真空能级的 差值称作功函。 接触金属和半导体具有不同的工函，分别 记为φM和φS。 当两种材料相接触时，电子将会从低功函 一边流向另一边直到费米能级相平衡。
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致谢
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2. 改善表面p－GaN的表面状况 利用MOCVD方法生长的GaN的表面上通常都存在一层 绝缘的污染层——氧化物（如GaO3等）和其它被吸附的 有机物等，如不除去将会使фb升高0.2～0.3eV。因此，在 制作金属—p－GaN接触前应进行表面处理。处理的方法 通常有化学溶剂清洗、离子溅射和热处理等。 进一步的研究表明所用的化学溶剂对фb也有影响，经 KOH清洗的p－GaN，其Fermi能级较之于经HCl清洗的向 价带方向移动约1.0eV，从而使其具有更低的фb，利用王 水清洗也有类似的效果。 通常在较高的温度和还原性气氛中退火有利于去氧化 物，但过高的温度（600℃以上）有可能使GaN表面产生N 空位。
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实现金属-p-GaN欧姆接触的方法 欧姆接触的方法 实现金属 如上所述，金属—p－GaN间形成欧姆接触存在着两大障碍， 因此，欲形成欧姆接触必须寻找更为合适的金属或合金系统以 降低Schottky势垒（фb），或提高p－GaN的空穴浓度。 选用功函数高的金属或合金系统 说起降低Schottky势垒（фb），人们首先想到的便是选 用功函数高的金属或合金系统，如：Pt（5.65eV)、Au （5.20eV）、Pd（5.17eV）、Ni（5.15eV）、Ni/Au、Ni/Pt、 Pt/Au、Ta/Ti、Co/Au、Cu/Au、Pd/Au、Pt/Ru、Ti/Pt/Au、 Pt/Ni/Au、Ni/AuZn，其中研究最多的是Ni/Au基合金系统。 在研究表面处理和金属（Pt、Ni、Pd、Au、Cu、Ti、Al、 Ta等）功函数对金属—p－GaN接触势垒фb的影响后发现：无 论在退火前或退火后（即是否发生合金化），фb都随功函数的 提高而降低，但最低的不是功函数最高的Pt，而是Ni。这说明 影响фb的不仅仅是功函数，还有表面状况等其它因素，这与已 有的理论是一致的。
欧姆接触文档
欧姆接触1. 简介在电工学中，欧姆接触是指两个电极之间的电阻性接触。
当两个电极之间存在欧姆接触时，电流可以通过接触点自由地流动。
欧姆接触是电路中常见的一种接触方式，它对于电子设备和电路的正常运行至关重要。
2. 欧姆定律根据欧姆定律，电流（I）通过两个电极之间的接触点时，与电压（V）和电阻（R）之间的关系可以用以下公式表示：I = V / R在欧姆接触中，电阻通常是一个固定的值。
根据欧姆定律，当电压增加时，电流也会相应地增加，反之亦然。
3. 欧姆接触的特性欧姆接触有以下几个特性：3.1 电阻稳定性在一段时间内，欧姆接触的电阻通常是一个固定的数值。
这意味着，当电压或电流发生变化时，电阻不会随之改变。
这种稳定性对于电子设备的正常运行非常重要，因为它确保了电流在电路中的可控性。
3.2 最小接触阻力欧姆接触的另一个特性是具有较低的接触阻力。
接触阻力是电流在接触点处经过的阻力，如果接触阻力较高，会导致能量损失和电流流动的不畅。
欧姆接触的最小接触阻力确保了电流的稳定流动，减少能量损失。
3.3 触点间面积欧姆接触的稳定性和接触阻力也与触点间的接触面积有关。
较大的接触面积通常意味着更稳定的接触和较低的接触阻力。
因此，在设计电路时，应尽量选择较大的触点面积，以确保良好的欧姆接触。
4. 欧姆接触的应用欧姆接触在许多电子设备和电路中都有重要的应用。
以下是一些常见的应用案例：4.1 开关和继电器在开关和继电器中，欧姆接触被用于确保电流可以通过触点自由地流动。
当开关或继电器处于闭合状态时，触点之间形成欧姆接触，电流可以通过触点流过。
这样，开关或继电器就能够控制电流的通断，实现电路的开关功能。
4.2 电子器件连接欧姆接触也被用于连接电子器件。
例如，在电路板上，元件之间通过焊接或插座连接。
这些连接点处的欧姆接触确保了电流能够稳定地从一个器件流向另一个器件，从而实现电路的正常运行。
4.3 传感器应用在许多传感器应用中，欧姆接触被用于确保信号的传输和接收。
tial的晶体结构
tial的晶体结构Tial是一种具有特殊晶体结构的金属材料。
它的晶体结构可以通过简单的描述来理解。
Tial晶体结构可以被视为由两种不同的原子类型组成的晶格。
其中一种原子类型是钛原子(Ti)，另一种是铝原子(Al)。
Tial晶体结构是一种六方最密堆积(hcp)结构。
在这种结构中，原子按照一定的规则排列，形成六边形的密堆积。
每个原子都与其邻近的原子紧密地接触，形成一个紧密堆积的结构。
这种结构使得Tial 具有很好的力学性能和高温稳定性。
Tial晶体结构的特点之一是其原子之间的距离和角度。
钛原子和铝原子之间的距离比较短，约为0.285纳米，而钛原子之间的距离稍长，约为0.295纳米。
这种不同的距离导致了晶体结构的稳定性和强度。
Tial晶体结构的另一个特点是其晶格常数。
晶格常数是描述晶体结构的参数，它表示相邻原子之间的距离。
对于Tial晶体结构，其晶格常数为a=0.588纳米，c=0.951纳米。
这些数值可以用来计算晶体的密度和其他物理性质。
Tial晶体结构的形成与原子的排列有关。
在晶体中，钛原子和铝原子以一定的规则排列，形成六边形的密堆积。
这种排列使得Tial晶体具有良好的力学性能和高温稳定性。
此外，晶体结构还决定了Tial的其他性质，如导电性、热传导性等。
Tial晶体结构的研究对于理解Tial的性质和应用具有重要意义。
通过研究晶体结构，可以揭示Tial的力学性能、热性能等方面的特点，并为其在航空航天、汽车制造等领域的应用提供理论基础。
Tial晶体结构是一种具有特殊排列的金属材料结构。
它的形成与原子的排列和相互作用有关，决定了Tial的力学性能和热性能。
研究Tial晶体结构对于深入理解其性质和应用具有重要意义。
AlGaN_基深紫外LED_的NiAu_透明电极及其接触特性
第 44 卷第 5 期2023年 5 月Vol.44 No.5May, 2023发光学报CHINESE JOURNAL OF LUMINESCENCEAlGaN基深紫外LED的NiAu透明电极及其接触特性王雪1*，刘乃鑫1，2，王兵1，2，郭亚楠1，2，张晓娜1，郭凯1，李勇强1，张童1，闫建昌1，2，李晋闽1，2（1. 山西中科潞安紫外光电科技有限公司，山西长治 046000；2. 中国科学院半导体研究所半导体照明技术研究开发中心，北京 100083）摘要：在p⁃AlGaN表面沉积Ni/Au/Ni/Au透明电极体系，通过传输线模型测试，研究了退火温度对Ni/Au/Ni/Au 与p⁃AlGaN材料接触特性的影响。
结果表明，AlGaN基深紫外LED采用Ni/Au/Ni/Au金属体系，在600 ℃空气氛围下退火3 min形成p型半导体材料NiO。
进一步优化Ni/Au/Ni/Au体系金属厚度，当Ni/Au/Ni/Au各层厚度由20/20/20/20 nm减薄至2/2/5/5 nm，并在600 ℃空气氛围退火3 min，其与p⁃AlGaN材料的接触电阻率从3.23×10-1 Ω·cm2降到2.58×10-4 Ω·cm2。
采用上述优化的Ni/Au/Ni/Au体系制备的深紫外LED器件，器件光电特性得到了改善。
在150 mA驱动下工作电压低至5.8 V；通过提升电极透过率，光输出功率提升18.9%。
关键词：UV-LED； AlGaN； NiAu；欧姆接触中图分类号：TN312.8 文献标识码：A DOI： 10.37188/CJL.20220385Ohmic Contact Characteristics of AlGaN-based Deep-ultraviolet Light-emitting-diodes with NiAu Transparent Electrode WANG Xue1*， LIU Naixin1，2， WANG Bing1，2， GUO Yanan1，2， ZHANG Xiaona1， GUO Kai1，LI Yongqiang1， ZHANG Tong1， YAN Jianchang1，2， LI Jinmin1，2（1.Advanced Ultraviolet Optoelectronics Co.， Ltd.， Changzhi 046000， China；2.Semiconductor Lighting Technology Research and Development Center， Institute of Semiconductors，Chinese Academy of Sciences， Beijing 100083， China）* Corresponding Author， E-mail： wangxue@Abstract：A Ni/Au/Ni/Au transparent electrode system was deposited on the surface of p-AlGaN， and the effects of annealing temperature on the contact characteristics of Ni/Au/Ni/Au with p-AlGaN were studied by transmission line model.When the AlGaN-based deep ultraviolet LED adopted Ni/Au/Ni/Au metal system，meanwhile annealed at 600 ℃ for 3 min，the results show that p-type semiconductor material NiO can be formed in the contact interface.The metal thickness of Ni/Au/Ni/Au system was further optimized. When the Ni/Au/Ni/Au layers were thinned from 20/20/20/20 nm to 2/2/5/5 nm，with the annealing condition at 600 ℃ for 3 min， the specific contact resistivity de⁃creased from 3.23×10-1 Ω·cm2 to 2.58×10-4 Ω·cm2. Using the above optimized Ni/Au/Ni/Au system into LED chip process， the photoelectric characteristics of the LED device can be improved drastically. The operating voltage was reduced to 5.8 V at 150 mA， as the increase of the electrode transmittance， the optical output power was increased by 18.9% at the same current.Key words：UV-LED； AlGaN， NiAu； Ohmic contact文章编号： 1000-7032（2023）05-0898-06收稿日期：2022⁃11⁃07；修订日期：2022⁃11⁃25基金项目：山西省重点研发计划（202102030201007）；山西省关键核心技术和共性技术研发攻关（20201102013）Supported by Shanxi Key RD Program（202102030201007）； Key Technology and Generic Technology Research and Develop⁃ment of Shanxi（20201102013）第 5 期王雪，等： AlGaN基深紫外LED的NiAu透明电极及其接触特性1 引 言随着280 nm以下波段的深紫外光在水体、固体的杀菌消毒、生物检测和医疗等方面的广泛应用，以第三代氮化物材料制备的小型高效的深紫外发光二极管（LED）进入了人们的视野[1-2]。
半导体的欧姆接触
半导体的欧姆接触(2012-03-30 15:06:47)转载▼标签：杂谈分类：补充大脑1、欧姆接触欧姆接触是指这样的接触：一是它不产生明显的附加阻抗；二是不会使半导体内部的平衡载流子浓度发生显著的改变。
从理论上说，影响金属与半导体形成欧姆接触的主要因素有两个：金属、半导体的功函数和半导体的表面态密度。
对于给定的半导体，从功函数对金属－半导体之间接触的影响来看，要形成欧姆接触，对于n型半导体，应该选择功函数小的金属，即满足Wm《Ws，使金属与半导体之间形成n型反阻挡层。
而对于p型半导体，应该选择功函数大的金属与半导体形成接触，即满足Wm》Ws，使金属与半导体之间形成p型反阻挡层。
但是由于表面态的影响，功函数对欧姆接触形成的影响减弱，对于n型半导体而言，即使Wm《Ws，金属与半导体之间还是不能形成性能良好的欧姆接触。
目前，在生产实际中，主要是利用隧道效应原理在半导体上制造欧姆接触。
从功函数角度来考虑，金属与半导体要形成欧姆接触时，对于n型半导体，金属功函数要小于半导体的功函数，满足此条件的金属材料有Ti、In。
对于p型半导体，金属功函数要大于半导体的功函数，满足此条件的金属材料有Cu、Ag、Pt、Ni。
2、一些常用物质的的功函数物质Al Ti Pt In Ni Cu Ag Au功函数4.3 3.95 5.35 3.7 4.5 4.4 4.4 5.203、举例n型的GaN——先用磁控溅射在表面溅射上Ti/Al/Ti三层金属，然后在卤灯/硅片组成的快速退火装置上进行快速退火：先600摄氏度—后900摄氏度——形成欧姆接触；p型的CdZnTe——磁控溅射仪上用Cu－3％Ag合金靶材在材料表面溅射一层CuAg合金。
欧姆接触[编辑]欧姆接触是半导体设备上具有线性并且对称的果电流-这些金属片通过光刻制程布局。
低电阻，稳定接触的欧姆接触是影响集成电路性能和稳定性的关键因素。
它们的制备和描绘是电路制造的主要工作。
N面欧姆接触
核心内容总结：氧等离子体对N面GaN处理后，相当于O原子在GaN 表面掺杂形成施主型缺陷，利于形成欧姆接触。
核心内容总结：Ti Al Ni Au 在N面形成的欧姆接触比Ga面差的原因是没有二维电子气的 存在
我的实验
• 用先用HF处理表面30min，再在王水处理中 漂洗后，溅射Ti Al Ti Au，N2气氛下退火， 温度为0，400，950℃。
2.
3.4.Biblioteka 5. 6.核心内容总结：Pd改变了N面GaN的表面形态，使得GaN表面形成AlN层
核心内容总结：BOE的处理使得 GaN表面氧化物去除
核心内容总结：TiN的功函数比Ti的小，随着退火温度升高，Ga原子向 外溢出
核心内容总结：AlGa固溶体的引入阻止N面GaN附近的Ga原子向金属扩散
N面GaN欧姆接触调研
王果 2011.6.24
方法总结
1. 金属为Pd/Ti/Al，450度退火 T. Jang, S. N. Lee, O. H. Nam, and Y. Park, “Investigation of Pd/Ti/Al and Ti/Al Ohmic contact materials on Ga-face and N-face surfaces of n-type GaN,” Appl. Phys. Lett., vol. 88, no. 19, pp. 193 505-1–193 505-3, May 2006. 金属为Cr/Ni/Au 不退火 BOE处理 H. K. Cho, S. K. Kim, and J. S. Lee, “An improved non-alloyed ohmic contact Cr/Ni/Au to n-type GaN with surface treatment,” J. Phys. D, Appl. Phys., vol. 41, no. 17, p. 175 107, Sep. 2008. 金属为TiN/Al 不退火 J. W. Jeon, T.-Y. Seong, H. Kim, and K.-K. Kim, “TiN/Al Ohmic contacts to N-face n-type GaN for high-performance vertical light-emitting diodes,” Appl. Phys. Lett., vol. 94, no. 4, pp. 042 102-1–042 102-3, Jan. 2009. 金属为Ga/Al固溶体，不退火 Joon-Woo Jeon, Seong-Han Park, Se-Yeon Jung, Sang Youl Lee, Jihyung Moon, June-O Song, and Tae-Yeon Seong1, Formation of low-resistance Ohmic contacts to N-face n-GaN for high-power GaN-based vertical light-emitting diodes ,” Appl. Phys. Lett., vol. 97, 092103. 2010. 金属为Ti/Al，不退火，氧等离子处理 Enhancement-Mode N-Polar GaN MISFETs With Self-Aligned Source/Drain Regrowth IEEE ELECTRON DEVICE LETTERS, VOL. 32, NO. 2, FEBRUARY 2011 传统的Ti/Al/Ni/Au, 700度退火处理 Characterization of band bendings on Ga-face and N-face GaN films grown by metalorganic chemical-vapor deposition Appl. Phys. Lett., vol. 80, no. 21, pp. 042 102-1–042 102-3,May. 2002.
AlGaNGaN欧姆接触新结构工艺研究及机制分析的开题报告
AlGaNGaN欧姆接触新结构工艺研究及机制分析的
开题报告
标题：AlGaNGaN欧姆接触新结构工艺研究及机制分析
背景：
随着半导体器件工艺的不断发展，AlGaNGaN材料因其在高功率、高温、高频等应用中的优异性能而备受关注。
而对于AlGaNGaN材料来说，接触电阻的大小是影响器件性能的重要因素之一。
而欧姆接触是锁定和
操纵芯片中电子流的一个关键技术，因此研究AlGaNGaN欧姆接触的新
结构工艺及机制分析对于推动该材料在器件制造领域的应用具有重要的
意义。
研究目的：
本研究旨在研究AlGaNGaN欧姆接触新结构工艺，探究其机制，以
提高AlGaNGaN器件的电性能和稳定性。
研究内容：
1. 先进的AlGaNGaN材料制备工艺研究；
2. AlGaNGaN欧姆接触新结构工艺的设计与制备；
3. 欧姆接触性能表征及其影响因素分析；
4. 机理分析及其对性能的影响。
研究意义：
1. 为AlGaNGaN材料在高功率、高频等领域的应用提供理论和实践
支持；
2. 提高AlGaNGaN器件的电性能和稳定性；
3. 促进国内AlGaNGaN材料的制备和应用技术的发展。
研究方法：
本研究将采用先进的制备工艺，结合欧姆接触理论和实验方法，通过制备样品并使用表征手段对其性能和机制进行分析和验证。
预期结果：
通过研究欧姆接触的新结构工艺，可以提高AlGaNGaN器件的电性能和稳定性，为AlGaNGaN材料在高功率、高频等领域的应用提供理论和实践支持，促进国内AlGaNGaN材料的制备和应用技术的发展。
SiC上Ti_Ni_Au多层金属的欧姆接触特性
SiC上Ti_Ni_Au多层⾦属的欧姆接触特性第12卷第6期功能材料与器件学报V o l 12,N o 62006年12⽉J OURNA L O F FUNCT IONA L M ATER I ALS AND DEV ICESD ec .,2006⽂章编号:1007-4252(2006)06-498-03收稿⽇期:2005-12-05; 修订⽇期:2006-01-25基⾦项⽬:部委预研项⽬(N o .41308060105).作者简介:杨银堂(1962-),男,博⼠,教授,博导,西安电⼦科技⼤学微电⼦研究所所长,教育部宽禁带半导体材料与器件重点实验室主任,主要从事新型半导体材料与器件以及VLS I 设计⽅⾯的研究⼯作(E -m a i:l y t yang@x i dian .edu .cn).S i C 上T i/N i/Au 多层⾦属的欧姆接触特性杨银堂,贾护军,李跃进,柴常春,王平(西安电⼦科技⼤学宽禁带半导体材料与器件教育部重点实验室,西安710071)摘要:采⽤T i/N i/Au 多层⾦属在⾼掺杂n 型4H -S i C 外延层上制作了欧姆接触测试图形,通过传输线法(T rans m ission L i n eM et h od ,TL M )测量得到的最⼩⽐接触电阻为1.4!10-5c m 2,经500#N 2⽼化后接触电阻⼤约有⼀个数量级的增加并保持稳定。
关键词:碳化硅;欧姆接触;离⼦注⼊;传输线法中图分类号:O484 ⽂献标识码:AOh m ic contact property of T i/N i/Au on n -type 4H -SiCYANG Y in tang ,JI A H u j u n,LI Yue ji n ,C HA I Chang chun ,WANG P i n g (Key laboratory o fW BG Se m iconductor M ateria ls and dev ices o f Education M i n istry ,X idian U niversity ,X i ?an 710071,Ch i n a)Abst ract :Ohm ic contacts w ere prepared by usi n g T i/N i/Au mu lti-layer m eta l on n-type 4H -S i C ep i -layer high l y doped by N+i o n i m plantati o n .Specific contact resisti v ities (e c )w ere m easured by transm issi o n line m ethod (TL M )and a lo w est e c o f 1.4!10-5c m 2is ob tained .The contact resisti v ities increase at the beg i n n i n g of the 500#anneali n g ,and do not vary m uch after 12h annea li n g .K ey w ords :silicon carb i d e (Si C );ohm ic anneali n g contac;t i m p lantation;trans m ission line m ethod1 引⾔⽬前,Si C 材料本⾝优越的物理化学和电学特性⼀直未能在器件和电路研制中得以很好的发挥主要是因为部分关键器件⼯艺⽅⾯尚未得到突破性的进展[1,2]。
退火参数对p型GaAs欧姆接触性能的影响_吴涛_江先锋_周旻超_郭栓银_张丽芳
Abstract: The Ti/Pt/Au metal films were deposited on p-GaAs substrate by magnetron sputtering method. The influences of annealing parameters (temperature and time) on the ohmic contact property of P-GaAs/Ti/Pt/Au were studied. The results show that excellent ohmic contact of Ti/Pt/Au metal system on p-GaAs can be formed in a very short annealing time (60 s). The ohmic contact property can not be improved by prolonging the annealing time. Suitable ohmic contacts can all be obtained when the annealing temperatures are 400－450 ℃. The specific contact resistivity with the minimum value of 1.41× 10-6 Ω·cm2 can be obtained when the sample is annealed at 420 ℃ for 120 s. Key words: p-type GaAs; ohmic contact; magnetron sputtering; Ti/Pt/Au ; annealing; circular transmission line model; specific contact resistivity
n-GaN基TiAlNiAu的欧姆接触高温特性
半!导!体!学!报
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半!导!体!学!报
第! "卷
图 O! 相同退火条件下的 5 * * * I 0 8 ) I 0 : Y Z H ) 欧姆接触在不同 掺杂浓度下随测量温度的变化关系
图 N! 室温下接触电阻与掺杂浓度的关系
* 2 I 9 O!& G H ; < B7 JD I J J < > < ; AD 7 I ; 7 ; @ < ; A > H A I 7 ;5 I Q Q C Q@ * * 0 8 ) I 0 : Y Z H )7 G R I @@ 7 ; A H @ AB H R 8 <S I A GR < H B : > < Y C R < ; A A < R < > H A : > < C
C ! 实验
利用 3上! & 64 技术在蓝 宝 石 衬 底 " O $ $ R# % 沿" # 方向生长 ; 生 长 步 骤 为$ 首先用氢 $ $ $ K Y Z H )! 清洗过后生 长 K 等离子体对衬底进行清洗 ! R 厚的 % K % 其 中 掺 杂 浓 度 分 别 为 SD bL Z H ) 层! ^ %]K $ K " 生长完成后对样 品表面 @ R[L ! SDbL ^ $]K $ @ R[L & 进行反应离子 刻 蚀 " ! 用传统的台面隔离方法 / ( *# 刻蚀台阶结构 !然 后 在 Z H ) 晶片上蒸发四层不同 金属 合 金 序 列 5 * * * * * * I 0 8 ) I 0 :" K N ; R ! ! $ ; R O $ ; R # ! 合 金 条 件 分 别 为 ! & ! & N $ ; R " $ $l L $ BM $ $l L $ B M N $l ! L $ B 9 高温测量部分的装置是整个实验的关键和难 点9 我们对欧姆接触 样 品 采 用 热 稳 定 性 较 好 的 超 声 非气密性双列直 插 " 陶 瓷 封 装! 然后 引线键合 ! 4 ( =# 置于气密性比较好 的 高 温 箱 式 炉 中 ! 用耐高温导线 连接被测封装样品 ! 同时为避免样品在高温环境中 氧化 ! 测量过程中始终通以高纯氮气 ! 通过流量计加 以控制 9 测量设备采用高精度 f * ( 5'1 * _ ! O $ $源 和 f * ( 5' 1 * _ ! $ $ $多功能数字表并配以 + @ H ; 保 障了 多个被 & H > D 实现对各个测量点的瞬间测 量 ! 测点能够在同一温 度 下 采 集 数 据 & 整个测试系统的 终端应用计算机通 过 程 序 来 控 制 所 有 测 量 仪 表 9 本 测试系统具有自动化 . 人机分离等特点 ! 系统结构如 图 K 所示 9
肖特基接触与欧姆接触
欧姆接触是指金属与半导体的接触，而其接触面的电阻值远小于半导体本身的电阻，使得组件操作时，大部分的电压降在活动区(Active region)而不在接触面。
欲形成好的欧姆接触，有二个先决条件：（1）金属与半导体间有低的势垒高度(Barrier Height)（2）半导体有高浓度的杂质掺入(N ≧10EXP12 cm-3)前者可使界面电流中热激发部分(Thermionic Emission)增加;后者则使半导体耗尽区变窄，电子有更多的机会直接穿透(Tunneling)，而同时使Rc阻值降低。
若半导体不是硅晶，而是其它能量间隙(Energy Cap)较大的半导体(如GaAs)，则较难形成欧姆接触(无适当的金属可用)，必须于半导体表面掺杂高浓度杂质，形成Metal-n＋-n or Met al-p+-p等结构。
理论任何两种相接触的固体的费米能级（Fermi level）（或者严格意义上，化学势）必须相等。
费米能级和真空能级的差值称作工函。
接触金属和半导体具有不同的工函，分别记为φM和φS。
当两种材料相接触时，电子将会从低工函一边流向另一边直到费米能级相平衡。
从而，低工函的材料将带有少量正电荷而高工函材料则会变得具有少量电负性。
最终得到的静电势称为内建场记为Vbi。
这种接触电势将会在任何两种固体间出现并且是诸如二极管整流现象和温差电效应等的潜在原因。
内建场是导致半导体连接处能带弯曲的原因。
明显的能带弯曲在金属中不会出现因为他们很短的屏蔽长度意味着任何电场只在接触面间无限小距离内存在。
欧姆接触或肖特基势垒形成于金属与n型半导体相接触。
欧姆接触或肖特基势垒形成于金属与p型半导体相接触。
在经典物理图像中，为了克服势垒，半导体载流子必须获得足够的能量才能从费米能级跳到弯曲的导带顶。
穿越势垒所需的能量φB是内建势及费米能级与导带间偏移的总和。
同样对于n型半导体，φB = φM − χS当中χS是半导体的电子亲合能（electron affinity），定义为真空能级和导带（CB）能级的差。
AuTip型金刚石膜欧姆接触特性研究
收稿日期:2000-03-07基金项目:国家自然科学基金资助项目第21卷第5期半 导 体 光 电V ol.21N o.52000年10月Semiconductor OptoelectronicsOct.2000文章编号:1001-5868(2000)05-0328-04Au/T i/p 型金刚石膜欧姆接触特性研究王印月,甄聪棉,刘雪芹,闫志军,龚恒翔,杨映虎,何山虎(兰州大学物理系,甘肃兰州730000)摘 要: 在重掺杂硼金刚石膜上溅射沉积了T i/Au 接触,用CT LM 测量了样品退火前后的I-V 特性,并对大电流情况进行了讨论。
就测试温度和光照强度对接触特性的影响进行了分析。
定性给出了该接触的能带模型。
样品接触电阻率ρc 最低值达1.236×10-6Ω・cm 2。
关键词: 欧姆接触;金刚石薄膜;接触电阻率中图分类号: T N304.1+8;T N305.93 文献标识码: ACharacteristics of Au/Ti/p -diamond Ohmic ContactW ANG Y in 2yue ,ZHE N C ong 2mian ,LI U Xue 2qin ,Y AN Zhi 2jun ,G ONG Heng 2xiang ,Y ANG Y ing 2hu ,HE Shan 2hu(Dep artment of Physics ,Lanzhou U niversity ,Lanzhou 730000,China)Abstract : I -V measurement of T i/Au contact prepared by sputtering T i/Au on heavily boron -doped p -diam ond is performed before and after annealing ,followed by discussion on I -V characteristics in relative 2ly strong current cases.The effects of the operating tem perature and light intensity on the contact characteris 2tics are investigated.The band m odel is given qualitatively.The smallest ρc value of these Au/T i/p -diam ond sam ples is as low as 1.236×10-6Ω・cm 2.K ey w ords : Ohmic contact ;diam ond film ;specific contact resistance1 引言金刚石一般被认为是一种绝缘材料(E g 为5.5eV )。
难熔金属与n-GaAs的欧姆接触特性
第26卷 第1期2005年1月 半 导 体 学 报CHI NESE JOURNA L OF SE MIC ONDUCT ORSV ol.26 N o.1 Jan.,2005刘文超 男,1975年出生,博士研究生,主要从事化合物半导体器件与射频集成电路的研究.Email :wenchaoL @ 夏冠群 男,1941年出生,教授,博士生导师,主要从事化合物半导体物理与器件的研究.2003211219收到,2004203210定稿2005中国电子学会难熔金属与n 2G aAs 的欧姆接触特性刘文超 夏冠群 李冰寒 黄文奎 刘延祥(中国科学院上海微系统与信息技术研究所,上海 200050)摘要:用磁控溅射系统和快速合金化法制备了M o/W/T i/Au 多层金属和n 2G aAs 材料的欧姆接触,在溅射金属层之前分别用HCl 溶液和(NH 4)2S 溶液对n 2G aAs 材料的表面进行处理.用传输线法对比接触电阻进行了测试,并利用俄歇电子能谱(AES )、X 射线衍射图谱(XRD )对接触的微观结构进行了分析.结果表明,用(NH 4)2S 溶液对n 2G aAs 材料表面进行处理后,比接触电阻最小;在700℃快速合金化后获得最低的比接触电阻,约为415×10-6Ω・cm 2.这是由于(NH 4)2S 溶液钝化处理后降低了G aAs 的表面态密度,消除了费米能级钉扎效应,从而改善了难熔金属与G aAs 的接触特性.关键词:M o/W/T i/Au ;G aAs ;欧姆接触;钝化PACC :7340N ;7330;7300中图分类号:T N30412+6 文献标识码:A 文章编号:025324177(2005)01200572051 引言近年来,G aAs 器件的发展极为迅速,其在高速数字、模拟电路和光电器件等方面得到了广泛的应用.M BE ,M OC VD 等新的材料生长技术为G aAs 新器件如H BT ,HE MT 的发展奠定了基础,亚微米加工技术的实现也使器件的截止频率提高到毫米波段.但是,由于寄生参量的存在,大大限制了器件性能的提高,尤其是在微波、毫米波段,因此减小寄生参量是器件设计的一项重要工作.在器件的寄生参量中,由欧姆接触引入的串联电阻直接影响器件的直流特性和频率特性,欧姆接触的好坏又决定了器件的可靠性.此外,当器件的尺寸减小到深亚微米时,对欧姆接触的均匀性、稳定性又有着苛刻的要求,因为接触结构的非均匀性会导致电流密度的非均匀性,引起可靠性问题1所以要提高器件的特性和可靠性,欧姆接触的设计和制作是器件研制的关键工艺之一[1～5].最初,人们多采用AuG eNi 合金体系作为G aAs 的欧姆接触金属.这种欧姆接触的工艺最成熟,使用也最普遍.但当器件应用在高温或高功率状态时,该合金体系常发生横向和纵向扩散形成尖峰,形貌不平整,同时与衬底的互扩散导致接触电阻增大,欧姆接触特性严重退化.因此,常规的AuG eNi/G aAs 欧姆接触已逐渐不能满足G aAs 器件和电路的性能及可靠性的要求.难熔金属合金体系与G aAs 的接触研究正日益受到重视.Murakami 等人曾对难熔金属与G aAs 的欧姆接触进行过系统研究[6～10].由于难熔金属与G aAs 衬底在较高温度下才能形成欧姆特性,一般要在金属层中生长金属In 层,这样在高温合金化后界面层的形貌不能被很好地控制.这些原因导致难熔金属未能广泛地被应用在G aAs 化合物半导体的欧姆接触中.近年来,国内张万荣等人也进行了相关领域的研究[11～13].本文采用HCl (1∶10)溶液和(NH 4)2S 饱和溶液分别对G aAs 表面进行钝化处理,对M o/W/T i/Au 与n 2G aAs 的欧姆接触进行了研究.在700℃快速合金化后获得最低的比接触电阻约为415×10-6Ω・cm 2.2 实验n 2G aAs 接触有源层是采用SI 2G aAs 单晶抛光片直接离子注入29Si +(注入剂量为115×1013/cm 2,注入能量为120keV ),再经非相干光快速退火激活获得.欧姆接触金属为M o/W/T i/Au 多层金属膜,其中M o ,W 金属膜采用M LH 22306RDE 磁控溅射仪溅射制备,溅射气体为9919999%高纯Ar ,溅射前本底真空为1×10-4Pa ,溅射压力为0115Pa ,衬底温度为100℃.M o ,W 金属膜上的T i ,Au 膜采用电子束蒸发形成,本底真空为1×10-4Pa ,衬底温度为23℃.M o/W/T i/Au 多层金属膜的厚度分别约为20,40,30,200nm.在溅射金属之前将G aAs 衬底分别浸在40℃的HCl (1∶10)溶液和(NH 4)2S 饱和溶液中1min ,然后用氮气吹干后放入溅射室.制备好的M o/W/T i/Au 和n 2G aAs 接触通过非相干光快速合金化形成欧姆接触.退火炉与合金化炉均为K ST 22型非相干光自动加热炉,样品在N 2保护下按不同温度进行退火与合金化.XRD 图谱由RAX 210转靶X 射线衍射仪测定.光源为未经单色化的Cu 2Kα辐射.波长为0115418nm ,最大工作电流为200mA.金属膜厚由T alyar 2H ops on 型台阶仪测定.比接触电阻采用本所研制的比接触电阻测试仪测试,其原理是传输线法,图1是比接触电阻测试示意图.图1 传输线模型方法测试比接触电阻示意图Fig.1 Schematics of transmission line m odel measurements3 结果与讨论图2所示的是700℃合金化30s 后M o/W/T i/Au 和n 2G aAs 接触的I 2V 曲线1由图可知,溅射前对衬底采用不同的表面处理方法,合金化以后样品的接触特性也明显不同.溅射前未经表面处理的样品呈现肖特基接触特性;溅射前经(NH 4)2S 饱和溶液处理的样品其I 2V 特性呈线性,形成了良好的欧姆接触;溅射前经HCl (1∶10)溶液处理的样品其I 2V 特性处于以上两者之间.说明G aAs 表面经(NH 4)2S 溶液钝化处理后与难熔金属的接触特性得到了明显的改善.图2 700℃合金化30s 后M o/W/T i/Au 和n 2G aAs 接触的I 2V 曲线Fig.2 Current 2v oltage characteristics of the M o/W/T i/Au contact annealed at 700℃for 30s金属与n 型半导体接触的能带图示于图3[14].一般说来,金属2半导体系统的势垒高度由金属功函数和表面态两者决定.基于下述两个假设可得到势图3 界面层为原子间距量级的金属2n 型半导体接触的细致能带图Fig.3 Detail energy 2band diagram of a metal n 2type semi 2conductor contact with an interfacial layer of the order of atom 2ic distance <M =w ork fuction of metal ;<Bn =barrier height of metal 2semiconductor barrier ;<Bo =asymptotic value of <Bn at zero electric field ;<0=energy level at surface ;Δ<=image force barrier lowering ;Δ=potential across interfacial layer ;x=electron affinity of semiconductor ;εS =permittivity of semi 2condutor ;εi =permittivity of interfacial layer ;δ=thickness of interfacial layer85半 导 体 学 报第26卷垒高度的一般表达式:(1)金属与半导体紧密接触,其间的界面层有原子尺度,对电子透明并能承受加在它上面的电压;(2)界面处单位面积单位电子伏特的表面态是半导体表面的属性,与金属无关.则有: <Bn=c2(<m-x)+(1-c2)(E g/q-<0)-Δ<(1)式中 c2=εiεi+q2δD s,D s为表面态密度.由方程(1)可以得到以下两种极限情形:(1)当D s→∞时,c2→0,可以得出q<Bn=(E g-q<0)-qΔ<(2) 此时,界面处的费米能级被表面态“钉”在价带之上的q<0值处.势垒高度与金属功函数无关,完全取决于半导体的掺杂浓度和表面性质.(2)当D s→0时,c2→1,可以得出q<Bn=q(<m-x)-qΔ<(3) 该情形是忽略表面态效应的理想肖特基势垒,即为金属功函数和半导体电子亲合势之差,再去除镜像力势垒降低量.G aAs表面在没有经过表面处理前,由于本征缺陷和在空气中被氧化而产生很高的表面态密度,这种表面态的数量级可达1013/(cm2・eV),使得费米能级被钉扎在禁带1文献表明[15～17],对G aAs表面进行硫钝化,可减少表面复合中心,明显降低表面态密度,改善甚至解除表面费米能级的钉扎.根据上述分析,溅射前用(NH4)2S饱和溶液对G aAs表面的处理改善了G aAs表面的费米能级钉扎效应,降低了金属2半导体系统的势垒高度,从而使难熔金属M o/W/ T i/Au和n2G aAs接触特性得到明显的改善.HCl(1∶10)溶液也可以去除G aAs表面的氧化物,但其钝化效果不如(NH4)2S饱和溶液.M o/W/T i/Au和n2G aAs接触的比欧姆接触和合金化温度间的关系如图4所示.可以看出,在700℃以下随着合金化温度的增加,其比接触电阻ρC不断下降,在700℃时获得最低的比接触电阻,约为415×10-6Ω・cm2.当合金化温度再升高时,比接触电阻开始逐渐变大,900℃时,ρC增大到5×10-5Ω・cm2.为了分析上述比接触电阻变化的机理,我们对M o/W/T i/Au和n2G aAs接触界面元素的扩散和界面固相反应进行了研究.图5和图6分别给出了未合金化和700℃合金化30s后的M o/W/T i/Au与n2 G aAs接触的AES深度剖面分析.由图可知,合金化前T i/Au,W/T i,M o/W和M o/G aAs界面处的元素图4 M o/W/T i/Au和n2G aAs的比接触电阻与合金化温度的关系Fig.4 Annealing temperature dependence on the contact re2 sistivity for M o/W/T i/Aucontact图5 未合金化的M o/W/T i/Au和n2G aAs接触的AES能谱Fig.5 AES depth profiles for the M o/W/T i/Au contact be2 fore rapid thermalannealing图6 700℃合金化后的M o/W/T i/Au和n2G aAs接触的AES能谱Fig.6 AES depth profiles for the M o/W/T i/Au contact after rapid thermal annealing at700℃for30s没有发生明显的互扩散.700℃合金化后,图6中各元素间的界面不再明显,在M o峰下面有As峰和弱的G a峰出现.同时,图中Au峰和T i峰下面也分别95第1期刘文超等: 难熔金属与n2G aAs的欧姆接触特性出现了T i 峰和Au 峰.这说明快速合金化后金属层和G aAs 衬底以及金属层内部都发生了不同程度的互扩散.在图6中我们也注意到Au 层和T i 层向内的扩散逐渐终止于W 层,并没有扩散到G aAs 界面,说明在该温度下W 层起到了很好的阻挡层的作用.图7是700℃合金化后M o/W/T i/Au 与n 2G aAs 接触的XRD 图谱,图中除了金属层中W ,T i 等元素以及G aAs 晶相的谱峰外,还出现了M o 5As 4相衍射峰.说明快速合金化后金属层中M o 层与G aAs 基体发生互扩散的同时,在界面生成了M o 5As 4相,该相的生成可能有助于比接触电阻的降低.在700℃以上随着合金化温度的升高比接触电阻略有增大,可能是由于金属层与衬底表面的互扩散反应加重从而使G aAs 衬底原子配比逐渐偏离所致.图7 700℃合金化后的M o/W/T i/Au 和n 2G aAs 接触的XRD 能谱Fig.7 X 2ray diffraction profiles of the M o/W/T i/Au contact after RT A at 700℃4 结论本文在制备金属层前用不同的方法对G aAs 衬底进行表面处理,M o/W/T i/Au 金属层和n 2G aAs 间的接触在高温合金化后呈现出不同的接触特性.用(NH 4)2S 饱和溶液钝化处理的样品其I 2V 特性呈线性,表明形成了良好的欧姆接触;该样品在700℃时获得最低的比接触电阻为415×10-6Ω・cm 2.处理效果优于传统使用的HCl (1∶10)溶液.机理是(NH 4)2S 饱和溶液对G aAs 表面进行处理后改善了G aAs 表面的费米能级钉扎效应,降低了金属2半导体系统的势垒高度.AES 深度剖面分析图表明在高温下W 层起到了很好的扩散阻挡层的作用;XRD 图谱分析得出,在M o 层与G aAs 基体界面生成了M o 5As 4相.参考文献[1] Murakami M.Developmentofohmiccontactmaterials forG aAs integrated circuits.M ater Sci Rep ,1990,5(4):273[2] T anahashi K,T akata H J ,Otuki A ,et al.Thermally stable non 2g oldohmic contacts to n 2typy G aAs Ⅰ:NiG e contact metal.J Appl Phys ,1992,72(7):4183[3] Murakami M.Development of refractory ohmic contact materials forgallium arsenide com pound semiconductors.Science and T echnology of Advanced M aterials ,2002,3(1):1[4] Rideout V L.A review of the theory and technology for ohmic contactsto group Ⅲ2Ⅴcom pound semiconductors.S olid 2S tate E lectron ,1975,18(6):541[5] Shen T C ,G ao GB ,M orkoc H.Recent development in ohmic contactsfor Ⅲ2Ⅴcom pound semiconductors.J Vac Sci T echnol B ,1992,10(8):2113[6] Murakami M ,Price W H ,Shih Y C.Thermally stable ohmic contactsto n 2type G aAs Ⅰ:M oG eW contact metal.J Appl Phys ,1987,62(9):3288[7] Murakami M ,Price W H ,Shih Y C ,et al.Thermally stable ohmiccontacts to n 2type G aAs Ⅱ:M oG eInW contact metal.J Appl Phys ,1987,62(6):3288[8] Murakami M ,Shih Y C ,Price W H ,et al.Thermally stable ohmiccontacts to n 2typy G aAs Ⅲ:G eInW and NiInW contact metals.J Appl Phys ,1988,64(5):1974[9] Shih Y C ,Murakami M ,Price W H.Thermally stable ohmic contactsto n 2type G aAs Ⅳ:R ole of Ni on NiInW contacts.J Appl Phys ,1989,65(9):3539[10] K im H J ,Murakami M ,Price W H ,et al.Thermally stable ohmic con 2tacts to n 2type G aAs Ⅵ:InW contact metal.J Appl Phys ,1990,67(11):4183[11] Zhang W anrong ,Li Zhiguo ,Mu Fuchen ,et al.Reliability of n 2G aAsohmic contact with T iN diffusion barrier.Chinese Journal of Semicon 2ductors ,2000,21(6):608(in Chinese )[张万荣,李志国,穆甫臣,等.具有T iN 扩散阻挡层的n 2G aAs 欧姆接触的可靠性.半导体学报,2000,21(6):608][12] Zhang Jinwen ,Zhang T aiping ,W ang W ei ,et al.Ohmic contact perfor 2mance between T i/Al/T i/Au and AlG aN.Chinese Journal of Semi 2conductors ,2001,22(6):737(in Chinese )[张锦文,张太平,王玮,等.T i/Al/T i/Au 与AlG aN 欧姆接触特性.半导体学报,2001,22(6):737][13] Zhou Huimei ,Shen bo ,Zhou Y ugang ,et al.M etal/n 2AlG aN ohmiccontact.Chinese Journal of Semiconductors ,2002,23(2):153(in Chinese )[周慧梅,沈波,周玉刚,等.金属/n 型AlG aN 欧姆接触.半导体学报,2002,23(2):153][14] S ze S M.Physics of semiconductor devices.New Y ork :John W iley &S ons ,1981:271[15] Okam oto N ,T akahashi T ,T anaha H.N onalloyed ohmic contact to n 2G aAs with G aS/G aAs quasi 2metal 2insulator 2semiconductor structure.06半 导 体 学 报第26卷Appl Phys Lett ,1998,73(2):794[16] Okam oto N ,T anaha H.G aAs surface passivation with G aS thin filmgrown by m olecular beam epitaxy.Jpn J Appl Phys ,1998,37(2):484[17] Okam oto N ,T akahashi T ,T anaha H ,et al.Near 2ohmic contact of n 2G aAs with G aS/G aAs quasi 2metal 2insulator 2semicondutor structure.Jpn J Appl Phys ,1998,37(6):3248E lectrical and Structural Properties of Mo/W/Ti/Au Ohmic Contacts to n 2G aAsLiu Wenchao ,X ia G uanqun ,Li Binghan ,Huang Wenkui ,and Liu Y anxiang(Shanghai Institute o f Microsystem and Information Technology ,Chinese Academy o f Sciences ,Shanghai 200050,China )Abstract :Thermally stable ohmic contacts of M o/W/T i/Au on n 2G aAs are fabricated with magnetic charge spattering unit and rapid thermal annealing.The electrical and structural properties of M o/W/T i/Au ohmic contacts are studied by the contact resistivity ,analyzing auger energy spectrum (AES )and X 2ray diffraction (XRD )measured.The I 2V characteristics of this structure behaved in ohmic 2junction characteristics ,indi 2cating that (NH 4)2S passivation eliminated Fermi level pinning.E lectrical measurement shows a minimum ohmic contact resistivity of 415×10-6Ω・cm 2at 700℃.K ey w ords :M o/W/T i/Au ;G aAs ;ohmic contact ;passivation PACC :7340N ;7330;7300Article I D :025324177(2005)0120057205Liu W enchao male ,was born in 1975,PhD candidate.He is mainly engaged in research on high 2speed com pound semiconductor devices and RF integratedcircuits.X ia G uanqun male ,was born in 1941,profess or.He is mainly engaged in research on com pound semiconductor physics and devices.Received 19N ovember 2003,revised manuscript received 10M arch 20042005Chinese Institute of E lectronics16第1期刘文超等: 难熔金属与n 2G aAs 的欧姆接触特性。
欧姆接触-现代半导体物理
谢谢！
4、如果两种材料接触处的电阻很小，而且电阻与电流方向及大小无 关，则称这种电接触为欧姆接触。
9.5 欧姆接触 形成欧姆接触的条件：
（1）金属与半导体间有低的势垒高度(Barrier Height)
（2）半导体有高浓度的杂质掺入(N ≧10EXP12 cm-3)
9.5 欧姆接触 欧姆接触的评价标准：
1) 接触电阻很低：以至于不会影响器件的欧姆特性，即不会影响
器件I-V的线性关系。对于器件电阻较高的情况下（例如LED器件 等），可以允许有较大的接触电阻。但是目前随着器件小型化的
发展，要求的接触电阻要更小。
2) 热稳定性要高：包括在器件加工过程和使用过程中的热稳定性 。在热循环的作用下，欧姆接触应该保持一个比较稳定的状态，
9.5 欧姆接触
欧姆接触电极的选择
由于金属的功函数一般小于5eV，因此能够满足以函数很大，因此找不到合适的金属材料与之匹配形成欧姆接触。另 外，半导体材料的功函数将随着掺杂浓度及温度变化，因此功函数 的不确定性也对选择合适的金属电极材料带来一定的难度；还有， 这种金属-半导体接触还或多或少存在少子注入的现象。因此工艺 上通常通过形成金属-半导体化合物、隧道结、半导体同型结等方 法获得线性 I-V 特性的欧姆接触。
9.5 欧姆接触
定义：
1、当金属-半导体接触的接触区的I-V曲线是线性的，并且接触电 阻相对于半导体体电阻可以忽略不计时，则被定义为欧姆接触。 2、指金属与半导体的接触，而其接触面的电阻值远小于半导体本 身的电阻，使得组件操作时，大部分的电压降在活动区(Active region)而不在接触面。
3、不产生明显的附加阻抗，而且不会使半导体内部的平衡载流子浓 度发生显著的变化。
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