p型SiC欧姆接触的研究进展
一种SiC高压功率器件欧姆接触的制备方法[发明专利]
![一种SiC高压功率器件欧姆接触的制备方法[发明专利]](https://img.taocdn.com/s3/m/ae1b5b9ff46527d3250ce0e7.png)
专利名称：一种SiC高压功率器件欧姆接触的制备方法专利类型：发明专利
发明人：李志强,徐星亮,李俊焘,张林,代刚
申请号：CN201710801669.4
申请日：20170907
公开号：CN107546115A
公开日：
20180105
专利内容由知识产权出版社提供
摘要：本发明提出的一种SiC高压功率器件欧姆接触的制备方法，通过采用杂质分凝技术(dopant segreation)改善金属/SiC欧姆接触性能；杂质分凝技术能实现对肖特基势垒的有效调制，同时还能提高界面处杂质的激活浓度，进而非常有利于实现金属/SiC理想的欧姆接触；而且该方法能够通过注入n型和p型杂质分别实现对电子、空穴势垒的调节，进而都适用于n‑SiC和p‑SiC的欧姆接触，利于基于SiC衬底同时实现n型和p型欧姆接触。
此外，该方法具有工艺简单、与传统CMOS工艺完全兼容等优势，因而该技术在SiC高压功率器件中具有非常大的应用前景。
申请人：中国工程物理研究院电子工程研究所
地址：621999 四川省绵阳市游仙区绵山路64号
国籍：CN
代理机构：成都天嘉专利事务所(普通合伙)
代理人：蒋斯琪
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p型GaN基器件的欧姆接触
#综述#p型GaN基器件的欧姆接触刘一兵1,2,丁洁2(1.湖南大学电气与信息工程学院,湖南长沙410082;2.邵阳职业技术学院机电工程系,湖南邵阳422000;31商丘职业技术学院机电工程系,河南商丘476000)Ohmic Contact of p2GaN Based DevicesLIU Yi2bing1,2(1.College of Electr ical and I nf or mation Eng ineer ing,H unan U niver sity,Changsha410082,China;2.Depa r tment of Mechanica l a nd El ectr ic,S haoya ng P r of essional2T echnology College,Sha o y ang422000,China;3.Depa rtment of Mechanica l and Electric,S ha ngqiu P r of essional2Techology College,Shangqiu476000,China)Abstr act:Wide band crack GaN with excellent physics and chemical property has becomes one of the semiconductor domain research forces.T he p2GaN ohmic contact question has restricted the GaN base de2 vices for further development.This article fir st introduced the ohmic contact principles and the appraisal methods,then discussed in detail how to realized good p2GaN ohmic contact.T he main method are adopts the sur face treatment technology,the choice appropriate metal electrode material,carries on hot anneal processing,and the research pr ogresses.Finally pointed out at present exists the question,and will point out the next resear ch dir ection.Key words:p2GaN;Ohmic contact;Specific contact resistance;Surface treatment;Metal electrode material;H ot annealing摘要:宽带隙的GaN具有优良的物理和化学性质,己成为半导体领域研究的热点之一。
碳化硅功率器件中的金属半导体接触工艺研究
特基二极管势垒金属的研究也有大量报道[1]。事实
要集中于4~5eV之间，所以很难找到合适功函数的
上，对于非重掺杂的碳化硅材料，即使未经历高温
金属作为碳化硅的欧姆接触金属，特别是在P型碳
合金化过程，大部分金属都能与其自然形成肖特基
化硅上。
接触。镍金属由于势垒高度最大，反向漏电流最
目前碳化硅的欧姆接触特性主要是利用隧道效
大功率领域，碳化硅（Silicon Carbide，SiC）材料凭 传统硅工艺有很大不同。
借其宽禁带、高热导率、耐高压的特性，展现了巨
本文分析各种工艺条件开发历程及目前存在的
大的性能优势。但碳化硅作为化合物半导体材料， 问题，并提出未来在量产工艺中的优化方向。
其自身材料特性也与传统硅材料有很大不同，简单 1 碳化硅肖特基接触
近几年报道的碳化硅JMOS结构则更为特殊[5]， 其使用了所有碳化硅金半接触工艺，如图1所示，在 传统MOS结构的P基区之间，加入了肖特基结以取 代MOS结构的体二极管。需要指出的是由于肖特基 接触和欧姆接触的最佳烧结温度不同，设计工艺流 程时需要保证低温工艺在后，高温工艺在前。表2列 举了主要碳化硅功率器件使用的金半接触工艺。 3 结语
Silicon Carbide Technology:Growth, Characterization,Devices,and Applications[M].John Wiley & Sons, Singapore Pte.Ltd.,2014. [2] D.Perrone,M.Naretto,S.Ferrero,L. Scaltrito,C.F.Pirri.4H-SiC Schottky Barrier Diodes Using Mo-,Ti- and NiBased Contacts[J].Materials Science Forum,2009,615-617:647-650. [3] A.V.Kuchuk,et al,Ni-Based Ohmic Contacts to n-Type 4H-SiC:The Formation Mechanism and Thermal Stability[J]. Advances in Condensed Matter Physics,2016,26:9273702. [4] F.Roccaforte, Via,Vito Raineri. Ohmic contacts to SiC[J].International Journal of High Speed Electronics and Systems,2006(06). [5] FJ Hsu,CT Yen,CC Hung,HT Hung,PJ Chuang. High Efficiency High Reliability SiC MOSFET with Monolithically Integrated Schottky Rectifier[C]. 29th International Symposium on Power Semiconductor Devices and IC's (ISPSD), 2017.
p—GaAs基欧姆接触快速退火的研究
p—GaAs基欧姆接触快速退火的研究为了更好地提高GaAs基半导体材料器件的性能，对p型GaAs基半导体激光器欧姆接触工艺条件进行了实验优化研究。
使Ti/Pt/Au/p-GaAs分别在380℃～460℃快速退火温度和40s～80s快速退火时间下进行欧姆接触的实验研究，并利用矩形传输线模型法对比接触电阻进行了测试。
结果表明：为了与n-GaAs快速退火温度相兼容，Ti/Pt/Au/p-GaAs在420℃快速退火温度和60s退火时间下形成了较好的接触电阻率3.91×10-5？赘·cm2。
标签：p-GaAs基；欧姆接触；快速退火引言随着半导体材料器件在生活中的广泛应用，以提高对半导体器件制作工艺的要求，针对欧姆接触的低阻性也随之提高。
因此，我们采用以p型GaAs为衬底材料制作欧姆接触，对工艺中快速热退火（RTP）的时间及温度进行了优化。
1 测量方法实验采用的测量方法是矩形传输线模型（Rectangular transimission line model，TLM）法，如图1所示。
将一个宽度为W’的长方形测量样品，分别做成6不等距（距离分别为2um、3um、4um、8um、16um、32um）的，长度为W=100um的长方形金属化接触电极（与台面边缘间隔为？啄=5um）。
图1 矩形传输线模型通电流前把测量样品进行台面腐蚀处理，以使它和周围不实现电流流通。
测量时，分别在不同距离之间的长方形电极上通恒定电流I，并测量得到一一对应的电压V，最后得出总电阻Rtot。
测量的电阻由两个欧姆接触电阻与接触之间的导电层串联电阻构成。
根据该模型的等效电路和推算可得（1）式中，RC为总接触电阻，RS为欧姆接触之间的半导体薄层电阻。
理论上Rtot-ln曲线为一条直线，因此可用作图法求得接触电阻率。
根据实验数据用拟合法作出Rtot-ln曲线，如图2所示，从直线中可以得到RS、RC，最后再代入公式？籽c=（R■■·W2）/Rs得到？籽c[1-2]。
为p型si半导体设计欧姆接触
为p型si半导体设计欧姆接触欧姆接触是一种电子学现象，是指当两个电极之间的接触电阻随着加入的电压增大而变小。
在半导体器件制造中，欧姆接触被广泛应用于p型和n型半导体器件的电极制作中。
本文将针对p型Si半导体的欧姆接触设计进行详细探讨。
1. 欧姆接触原理欧姆接触的原理可以通过欧姆定律来解释。
欧姆定律是指电流$I$与电压$V$之间的关系，即$I=V/R$，其中$R$为电阻。
在欧姆接触中，当两个接触金属与半导体接触时，接触电阻$R$会随着电压的升高而减小，这是因为当电压升高时，电子在金属外壳中的热运动增强，进一步促进更多电子从半导体向金属流动，从而导致接触电阻降低。
2. p型Si半导体欧姆接触设计在p型Si半导体的欧姆接触设计中，我们需要考虑以下因素：2.1 金属材料的选择选择合适的金属材料是欧姆接触设计中最关键的一步。
常用的金属材料包括Ti、Cr、Al和Au等。
Ti和Cr的粘附性强，可以很好地粘附到p型Si表面，并且它们的电学性能也比较适合制作欧姆接触。
而Al和Au的电学性能更优秀，但由于它们的粘附性不够强，需要在它们之上涂覆一层Ti或Cr来增强粘附力。
对于p型Si半导体的欧姆接触设计，建议选择Ti或Cr材料。
2.2 洁净度的保证在欧姆接触制作过程中，确保器件表面的洁净度是非常重要的。
因为器件表面的杂质和污染物会对接触电极的制造和性能产生很大影响。
需要在制作欧姆接触前，充分保证p型Si表面的洁净度。
2.3 接触面积的控制接触面积的大小会直接影响欧姆接触的电学特性。
一般来讲，接触面积越大，电流密度就越小，接触电阻就越小。
在设计欧姆接触时，需要合理控制接触面积，以达到最佳电学性能。
2.4 热处理的优化在欧姆接触制作过程中，热处理是一个非常重要的步骤。
热处理可以改善接触金属与p型Si之间的界面特性，促进更好的电子传输。
在制作欧姆接触时，需要对热处理的参数进行优化，以获得最佳的电学性能。
在设计p型Si半导体的欧姆接触时，需要考虑金属材料的选择、洁净度的保证、接触面积的控制以及热处理的优化等因素。
P型GaN基材料及其欧姆接触性能的研究的开题报告
P型GaN基材料及其欧姆接触性能的研究的开题报告一、研究背景和意义GaN材料具有优异的物理、化学和电学特性，因此在光电子、微电子技术方面有广泛应用。
在GaN材料的研究中，P型GaN材料是非常重要的一种，因为它能够构成PN 结，进而在半导体器件中发挥更大的作用。
目前，P型GaN材料的制备方法主要有掺杂法、气相外延法和金属有机化学气相沉积法等。
在P型GaN材料的应用中，欧姆接触是重要的一环。
欧姆接触性能的好坏影响着整个器件的性能和使用寿命。
因此，在P型GaN材料的研究中，探究其欧姆接触性能是非常有必要和重要的。
二、研究内容本研究将选取P型GaN材料为研究对象，通过掺杂法制备P型GaN材料，并使用电学测试技术对其电学特性进行表征。
同时，通过不同的工艺参数调节，制备不同形式的欧姆接触，研究欧姆接触性能的影响因素。
三、研究方法和流程1. 制备P型GaN材料：采用掺杂法制备P型GaN材料，掺杂源为Mg。
2. 电学测试：使用四探针测试系统对P型GaN材料的电学特性进行表征，包括电阻率、载流子浓度和迁移率等。
3. 制备欧姆接触：采用不同的工艺参数制备不同形式的欧姆接触，比较其欧姆接触性能。
4. 分析与对比：对不同工艺参数下制备的欧姆接触进行测试与分析，探究欧姆接触性能的影响因素。
四、预期成果通过以上研究，预计能够实现以下预期成果：1. 成功制备出P型GaN材料，并测量了其电学特性；2. 制备出不同形式的欧姆接触，并比较其欧姆接触性能；3. 探究欧姆接触性能的影响因素。
五、研究意义和创新点本研究将有助于深入了解P型GaN材料的制备和电学特性，为其在半导体器件中的应用打下基础。
此外，在欧姆接触的制备和性能探究方面，可以为未来相关研究提供参考。
SiC器件欧姆接触的理论和实验研究
SiC器件欧姆接触的理论和实验研究SiC（碳化硅）作为一种新型材料，具有许多优异的电子特性，在功率电子器件领域有着广阔的应用前景。
然而，要发挥 SiC 器件的优势，必须解决其中一个重要问题——欧姆接触效应。
因此，SiC器件欧姆接触的理论和实验研究具有重要意义。
理论方面，SiC器件的欧姆接触研究主要集中在材料界面和电子传输机制方面。
SiC材料的界面特性对器件性能有着重要影响。
研究表明，欧姆接触的形成与电极材料的工艺和结构有关。
常用的欧姆接触材料包括金属和合金。
其中，金属材料的电极结构对接触电阻和界面稳定性起着关键作用。
此外，界面的质量也对欧姆接触效果产生影响，例如，表面缺陷和杂质会影响载流子的传输。
在实验方面，研究人员通过制备不同的SiC材料和结构，以及采用不同的工艺方法来实现欧姆接触的研究。
工艺方法主要包括电子束蒸发、磁控溅射、激光烧蚀、离子注入等。
这些方法可以用来控制接触材料的成分和形貌，从而改善接触特性。
以碳化硅功率器件为例，研究发现，通过调整接触材料的成分、厚度和结构，可以在 SiC-OHMIC 结构中获得较低的接触电阻。
此外，在界面处理方面，通过采用干刻蚀、氢退火和金属表面清洗等方法可以改善界面的质量，提高欧姆接触的稳定性。
对于SiC材料内发生欧姆接触的机制，研究人员提出了多种理论模型。
其中之一是热激活模型（thermionicactivation model），该模型认为，当温度升高时，电子会越过势垒进入导体中，从而形成欧姆接触。
另一个模型是场致穿透模型（field-induced barrier lowering model），它认为，由于外加电场的作用，势垒会降低，从而形成欧姆接触。
总之，SiC器件欧姆接触的理论和实验研究是电力电子器件研究中关键而重要的一环。
它涉及到材料、工艺和物理机制等多个方面。
通过深入理解和优化欧姆接触特性，可以提高SiC器件的性能和可靠性，推动SiC技术的发展。
p 型半导体与金属的欧姆接触
P型半导体与金属的欧姆接触是一种电子器件中的连接方式。
在这种连接中，P型半导体与金属之间形成了良好的电子导通性。
P型半导体是一种半导体材料，其中包含较多的空穴，这些空穴可以自由移动并传递电流。
当P型半导体与金属接触时，金属中的自由电子会向半导体中扩散，与半导体中的空穴形成电荷平衡，从而形成欧姆接触。
欧姆接触是一种理想的接触方式，其中接触电阻非常小，几乎可以忽略不计。
在P型半导体与金属的欧姆接触中，由于金属中的自由电子向半导体中扩散，形成了良好的导电通道，因此接触电阻非常小。
这种连接方式在电子器件中有很多应用，例如在太阳能电池、LED等器件中，P型半导体与金属的欧姆接触是实现高效能量转换和良好器件性能的关键因素之一。
GaN次接触层对SiC光导开关欧姆接触的改进研究
GaN次接触层对SiC光导开关欧姆接触的改进研究摘要：大功率SiC光导开关存在接触电阻过高、接触退化的问题。
为此，在接触金属与SiC基片之间增加一层n+-GaN次接触层，光导开关的导通电阻随之下降两个数量级，而光电流效率增加两个数量级。
关键词：SiC光导开关GaN 欧姆接触光导半导体开关（PCSS）是利用超快脉冲激光器照射光电半导体材料（Si，GaAs，InP等），形成导通的一种开关器件[1]，其工作原理是，激光能量激励半导体材料，产生电子-空穴对，使其电导率发生变化，改变开关的通断状态，产生电脉冲。
光导开关因为上升时间短、寄生电感小、传输功率高、重量轻、体积小等优点，广泛应用于超快瞬态电子学、超宽带通讯、超宽带雷达等领域。
光导开关的半导体材料有三种：1、Si[2]的暗电流较大，载流子寿命长，所以电脉冲宽度在ns级以上，且容易热击穿；2、GaAs、InP为代表的III-V 族化合物半导体[3]，载流子寿命短，电脉冲宽度缩短至ps级，GaAs 击穿电压高、电压转换效率高，而InP的触发抖动更小，输出电脉冲波形更平稳；3、SiC为代表的宽禁带半导体材料[4]，是非常理想的材料，近年来成为研究热点。
光导开关金属电极与半导体之间的接触电阻关系输出功率和开关寿命，而高温大功率工作环境会造成接触退化。
该文使用有机金属气相外延（OMVPE）在SiC基片表面制备一层重掺杂的n+-GaN次接触层，以改善欧姆接触。
1 实验制备的器件为横向结构，电极宽度为4?mm，设置不同电极间隙0.5、0.75、1.25和1.75?mm。
基片为掺钒的半绝缘6H-SiC晶片，晶面方向（0001），厚度0.5?mm。
基片先经过1600?℃的表面氢退火处理16?h，再浸入200?℃熔融态KOH中刻蚀3?min，然后浸入稀氢氟酸中浸泡12?h，最后使用丙酮、甲醇、去离子水清洗。
n+-GaN外延层采用OMVPE工艺沉积在基片表面，厚度100?nm，掺杂率6×1019。
Ti-Al-4H-SiC_MOSFET欧姆接触电极研究
Ti-Al-4H-SiC_MOSFET欧姆接触电极研究Ti/Al/4H-SiC MOSFET欧姆接触电极研究摘要：Ti/Al/4H-SiC MOSFET是一种新型的金属-氧化物-半导体场效应晶体管，其性能受到欧姆接触电极的影响。
本研究通过实验和分析，对Ti/Al/4H-SiC MOSFET的欧姆接触电极进行了研究。
关键词：Ti/Al/4H-SiC MOSFET，欧姆接触电极，半导体材料，性能引言金属-氧化物-半导体场效应晶体管（MOSFET）是现代电子器件中最重要的一种。
其中，SiC材料由于其优异的热稳定性、高电子迁移率和较高崩溃电压而成为一种理想的半导体材料。
Ti/Al/4H-SiC MOSFET是一种新型的MOSFET结构，其性能受到欧姆接触电极的影响。
实验方法本研究选取了一批Ti/Al/4H-SiC MOSFET样品进行实验研究。
首先，将样品进行清洗和表面处理，以确保表面的纯净度和光滑度。
然后，在样品上制备欧姆接触电极，使用电子束蒸发法在Ti/Al/4H-SiC MOSFET的源极和漏极处制备金属电极。
最后，通过电学测试，测量欧姆接触电极的电阻和导通特性。
结果与讨论通过实验，我们发现Ti/Al/4H-SiC MOSFET的欧姆接触电极在高温和高电流密度下具有良好的稳定性和导电特性。
这是由于Ti和Al金属与4H-SiC材料之间的较低接触电阻和较高的热稳定性。
此外，我们还发现了一些影响欧姆接触电极性能的因素，如金属薄膜的厚度、沉积温度和退火温度等。
通过合理选择这些参数，可以进一步优化Ti/Al/4H-SiC MOSFET的性能。
结论本研究通过实验和分析，对Ti/Al/4H-SiC MOSFET的欧姆接触电极进行了研究。
结果表明，Ti/Al/4H-SiC MOSFET的欧姆接触电极具有良好的导电特性和稳定性。
这为进一步优化Ti/Al/4H-SiC MOSFET的性能提供了重要的参考和指导。
尽管本研究取得了一些进展，但仍然存在一些问题需要进一步解决。
P型GaN欧姆接触研究(定稿)
中山大学本科生毕业论文(设计)2009年5月P型GaN欧姆接触研究[摘要摘要]]近年来，GaN材料及器件成为研究的热点，尤其是GaN基发光二极管(LED)。
在GaN基LED 的制备工艺中，电极的制备占据重要的地位。
GaN基蓝、绿光LED的研究取得极大进步的同时，对器件电极的制备也提出了更高的要求。
因此金属电极与GaN的欧姆接触也是研究的热点之一，尤其是p型GaN欧姆接触。
实现低接触电阻的p型GaN欧姆接触的困难主要有：在外延生长过程中，p型GaN的载流子浓度很难达到简并水平；现实中缺少功函数比p型GaN 高的金属。
本论文首先分析了欧姆接触的原理、接触电阻率的测量方法及欧姆接触的制作工艺。
然后主要对Ni/Au与p型GaN的欧姆接触进行了研究，对比了TLM和CTLM模型测量接触电阻率的异同,并取得了本实验室制备Ni/Au与p型GaN欧姆接触的实验条件。
关键词]][关键词p型GaN；欧姆接触；传输线模型(TLM)；圆形传输线模型(CTLM)摘要R esearch on p type GaN ohmic contact[Abstract]Recently,GaN has been extensively investigated for electronic and optoelectronic application,especially for GaN based light emitting diodes(LED). Tremendous progress has been achieved in GaN based blue and green LED.At the same time,the rapid progress on devices requires better ohmic contact between metals and GaN,especially for p type GaN ohmic contact.The difficulties in achieving low-resistance ohmic contact to p type GaN are due to the facts that:the carrier concentration of p type GaN cannot be increased to a degenerate level during epitaxial growth;a practical metal with a higher work function than that of p type GaN is not available.In this thesis,we introduce the theory of ohmic contact,the measurement of specific contact resistance in ohmic contact between the metal and semiconductor and the forming of ohmic contact in the first part.The primary investigation of this paper is the ohmic contact between Ni/Au and p type GaN.We compare the experimental results between transmission line model(TLM)and.circular transmission line model(CTLM).We also obtain the conditions of forming the ohmic contact between Ni/Au and p type GaN in our laboratory.[K eywords]p type GaN;ohmic contact;transmission line model(TLM);circular transmission line model(CTLM)中山大学本科生毕业论文(设计)2009年5月目录第一章绪论 (1)一.GaN材料与器件的研究意义 (1)二.Ⅲ族氮化物材料的性质 (2)三.GaN基LED外延用衬底的选择 (3)四.GaN基LED的研究历史与现状 (4)(一).早期发展 (4)(二).两个重大突破 (5)(三).GaN基LED的发展 (5)(四).GaN基LED的一些最新研究成果 (7)五.p型GaN欧姆接触的研究意义 (10)六.本文内容安排 (12)第二章欧姆接触 (13)一.欧姆接触的理论分析 (13)二.欧姆接触的评价方式 (15)(一).TLM模型 (15)(二).CTLM模型 (16)(三).小结 (17)三.欧姆接触的相关工艺 (18)第三章p型GaN欧姆接触关键技术调研 (22)一.引言 (22)二.p型GaN欧姆接触的关键技术概述 (22)(一).降低Schottky势垒高度 (22)(二).合金过程中提高空穴浓度 (25)(三).利用极化效应 (26)三.本章小结 (28)第四章.Ni/Au与p型GaN欧姆接触研究 (29)一.概述 (29)二.研究目的 (30)三.实验过程 (31)四.结果分析 (32)(一).合金时间对欧姆接触的影响 (32)(二).比较TLM与CTLM模型 (36)(三).合金温度对欧姆接触电阻率的影响 (38)五.实验结论 (39)目录第五章总结 (41)参考文献 (43)致谢 (48)中山大学本科生毕业论文(设计)2009年5月第一章绪论一.GaN材料与器件的研究意义在半导体科学发展过程中，半导体材料是这一领域进步的重要基石。
SiC器件欧姆接触的理论和实验研究的开题报告
SiC器件欧姆接触的理论和实验研究的开题报告一、研究背景及意义SiC材料具有高功率、高频率、高温度和高压力等优异性能，被广泛应用于电力、光电、化学等领域。
SiC器件作为SiC材料的一种典型代表，其性能荣膺电力电子领域的三句话：快、小、耐。
SiC器件欧姆接触是其重要的性能指标之一，其性能直接影响到SiC器件的功率、效率和可靠性等方面。
然而，SiC器件欧姆接触的研究还存在许多问题，急需深入研究。
二、研究内容本文研究SiC器件欧姆接触的理论和实验研究。
具体包括以下几个方面：1. SiC材料的基本性质研究，深入了解SiC材料的结构、特性和性能，为后续实验提供基础知识。
2. SiC器件欧姆接触的原理和模型建立，利用物理和数学方法探究SiC器件欧姆接触的内在机理和工作原理。
3. SiC器件欧姆接触的实验研究，通过搭建实验平台，对SiC器件欧姆接触进行测试、分析和评价，获取实验数据，并与理论模型进行对比，以验证理论模型的准确度。
三、研究方法从基础物理、材料科学、电子学等多个不同的学科领域，综合运用计算机模拟、实验测试、理论分析等多种研究方法，进行对SiC器件欧姆接触的理论和实验研究。
四、研究目标与预期结果本研究的目标是深度探究SiC器件欧姆接触的工作原理和性能特性，为SiC器件的性能提高和工程应用提供理论和实验支持。
预期结果如下：1. 建立SiC器件欧姆接触的物理模型和数学模型，并探究其内在机理和工作原理.2. 搭建实验平台，对SiC器件欧姆接触进行测试、分析和评价，获取实验数据，并与理论模型进行对比以验证理论模型的准确度。
3. 提出新型的SiC器件欧姆接触方案，并实现其在实验室的验证。
五、结论本文研究SiC器件欧姆接触的理论和实验研究，对于推进SiC器件的性能提高和工程应用具有重要意义。
p型GaAs欧姆接触性能研究
摘 要 ：为 了研 究半 导体光 电器 件 ｐ－ＧａＡｓ欧姆接 触 的特 性 ，利 用磁控 溅 射在 ｐ－ＧａＡｓ上 生长 Ｔｉ 厚度在 ｌ０～５０ ｎｍ范围、Ｐｔ厚度在 ３０～６０ ｎｍ 范围的Ｔｉ／Ｐｔ／２００ ｎｍ Ａｕ电极结构。利用传输线 模 型测 量 了具有 不 同的 Ｔｉ、Ｐｔ厚度 的 Ｔｉ／Ｐｔ／２００ ｎｍ Ａｕ电极 结构 接触 电阻率 ，研 究 了退 火 参 数 对 欧姆 接触 性 能的影 响 ，同 时分 析 了过高 温度 导致 电极 金 属从 边 缘 向 内部皱 缩 的机理 。 结果 表 明，Ｔｉ厚度 为 ３０ ｎｍ 左右 时接 触 电 阻率最低 ，接 触 电阻率 随着 Ｐｔ厚度 的增 加 而增加 ；欧 姆接 触 质量 对 退火 温度 更 敏感 ，退 火温度 达 到 ５１０℃ 时 电极 金 属从 边 缘 向内部皱 缩 。采 用 ４０ ｎｍ Ｔｉ／４０ ｎｍ Ｐｔ／２００ ｎｍ Ａｕ作 为半 导体 光 电器件 ｐ－ＧａＡｓ电极 结 构 ，合 金 条件 为 ４２０ ｏＣ，３０ Ｓ可 以 形 成更 好 的欧姆 接触 。 关键 词 ：半 导体器 件 ；欧姆 接触 ；接触 电阻率 ；合 金 中图分 类号 ：ＴＮ３０５．２ 文 献标识 码 ：Ａ ＤＯＩ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１００１－５０７８．２０１６．０５．０１３
引 言
技术 之 一 ，欧 姆接 触 质量 直接 影 响 器 件 的性 能 和 可
欧姆 接触 是半 导体 器件设 计 和制造 过程 中关 键 靠性 ］。 良好 的欧 姆 接 触 要 求 接 触 电 阻率 低 ，表
基金项 目：国家 自然科 学基 金项 目（Ｎｏ．１１２０４００９）；北京市 自然科学基金项 目（Ｎｏ．４１４２００５）；北京市教委创新 能力提升计 划项 目（Ｎｏ．ＴＪＳＨＧ２０１３１０００５００１）资助 。
西电硕士论文-碳化硅离子注入及欧姆接触研究
摘要本文对SiC 离子注入和欧姆接触进行了深入的研究。
本文从金属半导体接触的实验过程入手，阐述了本文所建立的SiC欧姆接触模型所涉及到的半导体器件物理理论，包括金属半导体肖特基接触理论、Nn异质结理论和nn+理论。
根据大量的实验文献，研究了金属半导体界面在高温退火过程中发生的反应和生成物，分别对p型和n型的SiC欧姆接触的载流子输运机理进行深入的研究，提出了说明p型和n型欧姆接触形成的能带模型，即渐变异质结结构模型，并且对本文所提出的模型使用器件模拟软件ISE TCAD进行了二维I-V特性模拟验证，对n型和p型SiC欧姆接触提出了统一的物理模型。
在p型和n型SiC欧姆接触的已有工艺基础上，进行欧姆接触制造工艺的改进，以期达到良好的稳定性。
对欧姆接触的制造和工艺具有一定的指导意义。
按照前面对SiC欧姆接触模型的研究，设计了相关的实验。
在介绍实验流程之前，首先介绍了SiC中的杂质、离子注入技术、离子注入存在的问题，以及离子注入后的退火过程中，所涉及到的退火掩膜问题。
然后详细研究了SiC欧姆接触制造工艺中的关键工艺流程，最后介绍了刚刚流片结束的实验流程和实验结果，实验取得了良好的结果。
比接触电阻的测试是评价所制造的欧姆接触水平的一个重要手段。
本文最后介绍了欧姆接触比接触电阻的各种测试方法，探讨了最常用的矩形TLM法和其他一些常用的测试方法，比较了各种测试方法在欧姆接触比接触电阻测试中的优缺点，对最常用的矩形TLM法引入的误差进行了分析并讨论了修正方法。
关键词：离子注入 欧姆接触 传输线模型AbstractIn this paper, the characteristics of ion implantation and ohmic contact of SiC are deeply investigated. This thesis expatiates all the physics of the SiC ohmic contacts models, which have been developed by experiments, include metal-semiconductor schottky contact theory, Nn heterojunction and nn+ theory.Based on abundance of experiment literature, the reaction between the metal and semiconductor interface in the process of high temperature annealing has been studied. The carrier transportation mechanism of p-type and n-type SiC are investigated respectively, and the energy band model to explain ohmic contacts to p-type and n-type has been presented, that is gradual change heterojunction model. At last, the device simulator ISE TCAD has been used to validate the model with two dimension I-V characteristic simulation, and the unify model of SiC ohmic contacts to p-type and n-type SiC has been derived.Experiment has been design after the study of SiC ohmic contacts model. First, ion implantation technology, problems in the ion implantation and annealing cap in the annealing process after ion implantation have been introduced. Then the main steps of SiC ohmic contacts technology have been proposed. The experiment flow and result has been presented at the last, good result has been got from the experiment.The specific contact resistance obtained from measurement is an important parameter to evaluate the level of fabricates ohmic contacts. At the last of this thesis, some measurement methods for ohimc contacts specific contact resistance have been introduced. The rectangle transmission line model and some other test patterns have been studied and some comments are made for their comparison. Also, the error analysis about rectangle transmission line model and modify method have been discussed.Key words: Ion implantation Ohmic contact Transmission line model创新性声明本人声明所呈交的论文是我个人在导师的指导下进行的研究工作及取得的研究成果。
欧姆接触
Ti/Al/Ni/Au合金与GaN的欧姆接触
欧姆接触工艺的优势
• 低电阻
• 高稳定性
欧姆接触工艺的优势
• 低电阻
• 欧姆接触的特点是接触点不产 生明显的附加电阻
• 高稳定性
欧姆接触工艺的优势
• 低电阻
• 电阻不随温度、电流等改变而 改变 • 热稳定性高 • 金属电极与半导体电极的粘附 强度高，接触质量好
欧姆接触的实现
• 目标:在接触区域形成高掺杂，形成高的激活率、光滑的 表面以及较少的缺陷
• 传统N极SiC材料的制备
• 掺杂方式：离子注入 • 实现步骤：用高能量的离子打入半导体选择区域达到掺杂、 改性、退火和隔离等工序
欧姆接触的实现
• 剥离1)衬底上外延生长镓极性 是GaN 2. 将镓极性是GaN表面粘合到 Si(100) 3. 再将粘连 Si(100)的镓极性GaN倒 置,采用激光剥离工艺将 Si (111) 衬底剥离
• 高稳定性
欧姆接触的原理
W E0 EF
EF
E0
W
欧姆接触的原理
• 接触前：
E0
EF s EF m
Efm
Ws Wm Efs
欧姆接触的原理
• 接触时： • 半导体电势提高，金属电 势降低，直到二者费米能 级相平 • 其中：
Efm E0 Vms Wm Ws Efs
• Vms称为表面态中的电势 差
MEMS工艺 ——欧姆接触工艺
1
2 3 4 5
欧姆接触的概述 欧姆接触工艺的优势
欧姆接触的原理 欧姆接触的实现
欧姆接触工艺的进展和展望
欧姆接触的概述
• 定义：当金属与半导体接触并具有线性 的I-V特性或其接触电阻相对于半导体主 体可以忽略时称之为欧姆接触 • 肖特基接触：如果电流-电压特性曲线不 是线性的，这种接触便叫做肖特基接触 • 欧姆接触原理：任何相接触的固体的费 米能级必须相等，费米能级和真空能级 的差值称为功函数，因此接触的金属和 半导体具有不同的功函数。
P型SiC欧姆接触高温可靠性的研究进展
１ 引 言
碳化 硅 （ ｉ ） 有 独特 的物 理 性 质 和 电子 学 特 ＳＣ 具 性 ， 宽带 隙为 ２０ ７０ Ｖ的半 导 体材 料 。ＳＣ器 件 是 ． ．ｅ ｉ 及 其 电路主 要 是针对 常 规硅器 件 无法应 用 场合 的重 要 补 充 ，所 以 目前 最 感兴趣 的应用 研 究是 将 ＳＣ器 ｉ
（． 州大学 ， 肃 兰州 １ 兰 甘 ７０ ０ ； 一 方 工 业 大 学 ， 京 １０ ４ ） ３００ ２ Ｅ 北 ０ ０ １
摘要 ： 介绍了 Ｐ型碳化硅（ｉ） ＳＣ 欧姆接触在 高温应用时的可靠性问题。 首先， 对在 Ｐ型 ＳＣ上实现欧姆接触 的工艺方 ｉ
法进行了综述 ， 讨论了如何克服费米钉扎等关键问题 ； 其次， 了解如何实现欧姆接触工艺的基础上 ， 在 研究了影响该材料 高温稳定工作的原因。从材料 、 工艺两方面总结了如何提高接触可靠性 的方法 ， 并尝试性提出了改进 思路。 关键 词 ： 电力半导体器件 ； 碳化硅 ； 可靠性／ 欧姆接触 ； 高温可靠性
中图分类号 ： Ｎ １ ８ Ｔ ３／ ７ ３ 文献标识码 ： Ａ 文章编号 ：０ ０ １０ ２ ０ ）６ ０ ９ — ３ １０ — ０ Ｘ（０ ７０ —０ ９ ０
Ｓ ｕ ｙ Ｅｖ ｌ ｔｏ ｎ ｔ ｅＯｈ ｉ ｎ ａ ｔ ｔ ｄ ｏ ｕ ｉ ｎ ｏ ｈ ｍ ｃ Ｃｏ ｔ ｃ ｆ ｒ Ｐ－ ｐ ｉ Ｒｅｉ ｂ ｌ ｙ ｉ ｇ ｍ ｐ ｒ ｔ ｒ ｏ ｔ ｅ ＳＣ ｌ ｉ ｔ Ｈｉ ｈ Ｔｅ ｅ ａ ｕ ｅ ｙ ａ ｉ ｎ
维０ ０ ７年 ６ 月
电 力 电子 技 术
Ｐ ｗｅ ｅ ｔｏ ｉｓ ｏ ｒＥｌｃｒ ｎ ｃ
Ｖｏ．１． ． １ ４ Ｎｏ６
Ｊｎ ２Ｏ ｕ ｅ． ｏ ７
ITO与p型SiCGe的接触特性
2006-11-30 收到
) 2007 中国电子学会
增刊
陈春兰等:
ITO 与 P 型 SiCGe 的接触特性
导电性得到改善. 因此， P 型 SiCGe 外延片上溅射 在 ITO 薄膜时采用的溅射功率以79. 2W 为宜‘
0 9 即 0 7 0 6 0 5 0 4 0 3 0 2 0 1 0
60 s
，… 120s
}
0
由图 2 和图 3 可得到快速退火对 ITO 与 P 型 SiCGe 接触特性的影响。
2
实验
F 型 SiCGe 层是通过热壁CVD 在Si 面 sic 衬 底上外延生长得到的. 对外延片和载玻片经过适当的清洗处理后， 放 人超高真空直流磁控溅射台. 首先， 进行直流轰击清 洗， 然后通入氢气在 p 型SiCGe 上和载玻片上沉积
， 国家自 然科学墓金(批准号:60376011) 和教育部高校博士学科点专项科研基金‘ 批准号:20040700001) 资助项目
3. 1 不同沉积条件对 ITO 薄膜透过率的影响 首先， 利用不同溅射功率在载玻片上沉积 ITO 薄膜。 1 显示了 ITO 薄膜的光透过率与光波长的 图 关系。 从图 1 中可看出， 薄膜的透过率随着溅 ITO 射功率的增加而增加， 当溅射功率为 79. 2W 时， ITO 薄膜的透过率最高可达 88. 15663% ;而溅射功
率为 34. 8W 时， ITO 薄膜 的透过率最 高为
85. 83015% ， 通过 四探针测量， 溅射功率为 79. 2W 的样品的方块 电阻为 22. 80 / 口， 而溅射功率为 34. 8W 的样品的方块 电阻为 5251/ 口. 结果表 明， ITO 薄膜的方块电阻随溅射功率的增加而降低. 这 是因为溅射粒子沉积在基片上的能量随着溅射功率 的增加而增加， 从而导致沉积的薄膜与基片之间的 附着力以及膜层的致密性也都有所提高， 因此薄膜 的透过率升高了。 而薄膜与基片之间附着力和薄层致 密性的提高导致晶界散射减少了， 故功率增加薄膜的
宽禁带半导体小论文
宽禁带半导体材料的研究进展和应用前景引言：使用硅器件的传统集成电路大都只能工作在250℃以下，不能满足高温、高功率以及高频等要求。
目前人们已经将注意力转移到宽禁带半导体材料上。
本文着重介绍了SiC,GaN,ZnO这三种宽禁带半导体材料一、回顾半导体材料的发展历程迄今为止，半导体的发展已经经历了三个阶段，第一代半导体材料是以我们所熟知的硅和锗为主的材料，锗材料主要应用于低压、低频、中功率晶体管以及光电探测器中，但锗半导体器件的耐高温和抗辐射性能较差，后来逐渐被硅器件取代，硅材料耐高温和抗辐射性能较好，硅材料制造的半导体器件，稳定性和可靠性很高。
第二代半导体则是以砷化镓、磷化铟为代表的化合物半导体，GaAs、InP等材料适用于制作高速、高频、大功率以及发光电子器件，是制作高性能微波、毫米波器件以及发光器件的优良材料，被广泛应用于卫星通讯、移动通讯、光通信、GPS导航等领域。
对微电子和光电子领域来说，二十世纪存在的问题和二十一世纪发展趋势是人们关心的问题。
高速仍然是微电子的追求目标，高温大功率还是没有很好地解决问题；光电子的主要发展趋势是全光谱的发光器件，特别是短波长(绿光、蓝光、以至紫外波段)LED和LD。
光电集成(OEIC)是人们长期追求的目标，由于光电材料的不兼容性，还没有很好的实现。
事实上，这些问题是第一代和第二代半导体材料本身性质决定的，不可能解决的问题。
它需要寻找一种高性能的宽禁带半导体材料，于是第三代半导体材料——宽禁带半导体材料走向了舞台。
新兴的第三代半导体材料，以碳化硅、氮化镓、氧化锌、金刚石、氮化铝为代表，和第一代、第二代半导体材料相比，第三代半导体材料具有很宽的禁带宽度，通常大于或等于2.3eV，还具有高的击穿电场、高的热导率、高的电子饱和速率，低的介电常数以及更高的抗辐射能力，因此更适合于制作高温、高频、高功率、抗辐射以及高密度集成的抗辐射器件，也被称为高温半导体材料。
二、碳化硅SiC的最近进展和应用前景单从技术方面来看，碳化硅材料是目前研究的最成熟的宽禁带半导体材料，SiC具有独特的物理性质和电学性质，是实现高温与高功率、高频、抗辐射相结合器件的理想材料。
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Smart Grid 智能电网, 2016, 6(2), 116-128Published Online April 2016 in Hans. /journal/sg/10.12677/sg.2016.62013Research Progress of Ohmic Contacts forp-Type SiCZiwei Pei, Jing ZhangDepartment of Microelectronics, North China University of Technology, BeijingReceived: Apr. 2nd, 2016; accepted: Apr. 17th, 2016; published: Apr. 20th, 2016Copyright © 2016 by authors and Hans Publishers Inc.This work is licensed under the Creative Commons Attribution International License (CC BY)./licenses/by/4.0/AbstractOhmic contact is one of the technical difficulties in the study of the new generation power elec-tronic devices of SiC. In addition to the metal selection, compared to n-type doping, the ionization energy of p-type SiC is much higher. The superior quality of p-type SiC ohmic contact is more diffi-cult to form. In this paper, it is summarized that ohmic contacts for Al-base traditional materials and non Al-base traditional metal materials made on p-type SiC, and discussed for its development prospects.Keywordsp-Type SiC, Power Electronic Devices, Ohmic Contactp型SiC欧姆接触的研究进展裴紫微，张静北方工业大学微电子学系，北京收稿日期：2016年4月2日；录用日期：2016年4月17日；发布日期：2016年4月20日摘要欧姆接触是碳化硅(Silicon Carbide, SiC)新一代电力电子器件研究中的技术难点之一。
除了金属选择外，裴紫微，张静相对于n型掺杂，SiC材料中p型杂质的离化能比n型杂质的离化能高，优质的p型SiC欧姆接触更难于形成。
该文对近十几年来极具代表性的传统Al基金属体系和非传统Al基金属体系在p型SiC材料上形成欧姆接触的研究进行了总结，并对其发展前景进行了展望。
关键词p型SiC，电力电子器件，欧姆接触1. 引言SiC电力电子器件主要包括功率整流器(SBD、PiN和JBS等)、单极型功率晶体管(MOSFET、JFET 和SIT等)和双极型载流子功率晶体管(BJT、IGBT和GTO等)。
其中极具代表的SiC PiN、SiC MOSFET 和SiC BJT等器件，均需要形成良好的p型欧姆接触。
经过大量的研究工作，SiC欧姆接触问题目前主要集中在两个技术点上：一是大剂量的离子注入，这能显著地增加SiC的载流子密度，并减少它的耗尽层宽度，形成隧穿；这种方法的关键问题是：在离子注入过程中容易形成晶格缺陷或非晶状态，这些缺陷是非常顽固的，需经过大约2000K的极高温退火来复原，从而使制造SiC器件复杂化[1]；二是通过淀积金属和退火技术，产生一种具有较窄带隙或高载流子密度的中间层。
为形成这种层，大范围的材料可供选择，包括金属化物、硅化物、碳化物、氮化物和石墨等等[2]。
实际欧姆工艺制备是在综合以上两个技术点的情况下完成的。
2. p型SiC欧姆接触研究进展和相对成熟的n型SiC欧姆接触(Ni基金属制备的n型SiC欧姆接触已经被普遍应用和比接触电阻值低于10−5Ω cm2量级[3] [4])相比，获得高质量的p型SiC欧姆接触依旧是个挑战。
为了实现SiC材料半导体器件的全部优势，p型SiC材料的比接触电阻值应当和n型SiC材料所获得的比接触电阻值相匹配。
最成功和最广泛的p型SiC接触是被Suzuki等人[5]在1991年提出来的，使用的金属为Al和Ti，这之后又被Crofton等人[6]研究，在掺杂浓度为2 × 1019 cm−3的情况下，报到出的最低比接触电阻值为1.5 × 10−5Ω cm2。
可因为Al的低熔点和易被氧化性，Al基欧姆接触应用在商业高温和大功率器件下是不可靠的[7]，因此后来，大量的研究人员对传统Al基金属体系作了改进，在传统TiAl两层金属体系的基础上加入了其它金属(TiAl基金属体系)，或者直接采用非TiAl基金属体系，以期获得质量更优的p型SiC欧姆接触。
2.1. 传统Al基金属体系1998年，为了全面了解传统Al基金属体系在p型4H-SiC上的欧姆接触，美国华盛顿海军研究室实施了一项相关实验[8]。
实验采用厚度分别为25 nm和150 nm的传统Al/Ti金属体系，淀积后分组分别实施了700℃，800℃，900℃，1000℃的退火，最后测试其电压随电流的变化，用I-V特征曲线分别表示(图1所示)。
700℃退火后依旧为肖特基特性，800℃退火后开始表现出欧姆特性，900℃和1000℃退火后结果区别不大，但均好于800℃退火后的欧姆行为。
并且在900℃退火后所得的最小比接触电阻值为6.4 × 10−4Ω cm2。
2002年，匈牙利的B.Pecz和法国的J.Vacas等人[9]使用了Al (150 nm)/Ti (30 nm)金属体系结合高掺杂(1.6 × 1019 cm−2)的p型6H-SiC外延片，在氮气氛围中经900℃，4 min的退火后，形成了欧姆接触。
通过I-V特征曲线来表征退火后接触的电学特性(图2所示)，使用TLM模型计算得到的最小比接触电阻值为4 × 10−4Ωcm2。
此量级的比接触电阻值，相对于10−5，10−6甚至更低量级的n型比接触电阻值，依旧不够。
裴紫微，张静Figure 1. I-V characteristics of the Al/Ti metallization onp-SiC before and after annealing at various temperatures图1. p型SiC上Al/Ti金属体系在不同温度条件下退火前后的I-V特征Figure 2.I-V characteristics of the Al/Ti contacts on p-SiCbefore and after annealing图2. p型SiC上Al/Ti接触退火前后的I-V特征因为Al的不稳定性，虽然后来相继也有一些关于AlTi传统金属体系p型欧姆接触的报道，但均是作为其他金属体系的参考来研究，主金属体系使用的金属体系均非传统的AlTi两层金属体系。
2.2. 非传统Al基金属体系2.2.1. TiAl基金属体系2003年，日本京都大学材料科学工程部的Ryohei Konishi等人在传统TiAl两层金属的基础上加入了Ni金属，使用Ni/Al (53 nm/44 nm)和Ni/Ti/Al (25 nm/50 nm/300 nm)分别与p型SiC进行实验(和传统的Ti (50 nm)/Al (300 nm)金属体系做比较) [10]。
Ni/Al接触在800℃的退火后形成了欧姆接触，比接触电阻裴紫微，张静值为5 × 10−3Ωcm2；而Ni/Ti/Al经800℃退火后形成的欧姆接触比接触电阻值达到1.0 × 10−5Ωcm2。
其I-V 特性曲线如图3所示。
结果表示，三层金属Ni/Ti/Al的比接触电阻值要比同条件下Ni/Al两层金属的比接触电阻值低两个量级。
该研究还对800℃、1000℃退火后的Ni/Al接触样片和800℃退火后的Ni/Ti/Al样片进行了XRD (X-ray diffraction，X射线衍射仪)扫描分析，分别如图4(a)和图4(b)所示。
前者验证了Ni2Si，Ni2Al3和NiAl3化合物的生成；研究认为Ni2Si的形成能够使所掺杂质Al集中在SiC和金属界面上，进而降低1000℃退火后的接触电阻。
后者展示的是Ni (25 nm)/Ti (50nm)/Al (300 nm)的样片。
验证了具有显著特征的三元化合物Ti3SiC2的生成，和Al-Ti-SiC位相图的预测一致[11]；同时也探测到了了TiAl3，TiAl2，Ti3Al，Ni2Si 和NiAl3的存在。
研究表明，不同Ni层厚度(8，15和35 nm)的Ni/Ti/Al接触经800℃退火后也有上述化合物生成。
并且在这些反应中，Ni能够和SiC反应生成Ni2Si，此化合物有助于加强Ti和SiC的反应，形成三元化合物Ti3SiC2。
传统的Ti/Al欧姆接触，退火温度需高达1000℃，该研究中Ni/Al和Ni/Ti/Al接触均在800℃退火后即表现出欧姆行为。
另外，Ni/Ti/Al欧姆接触在Ar氛围中400℃退火10 h的条件下展示出了极好的热稳定性。
微观分析结果显示，Ni/Al接触形成了Ni2Si，Ni2Al3和NiAl3化合物，而Ni/Ti/Al接触除了形成这些二元化合物之外，还形成了三元化合物Ti3SiC2。
随后的2004年，S. TSUKIMOTO等人使用电子蒸发设备，分别将金属组成为Ti (50 nm)/Al (190 nm)和Ni (35 nm)/Ti (50 nm)/Al (300_nm)的金属体系，沉积在掺Al浓度为4.5 × 1018 cm−3的p型4H-SiC外延片上，实验中Ti (50 nm)/Al (190 nm)金属体系采用的退火条件分别为1000℃，2 min和800℃，30 min；Ni (35 nm)/Ti (50 nm)/Al (300_nm)金属体系采用的退火条件为800℃，30 min。
所得最优比接触电阻值分别为2 × 10−5Ω cm2和7 × 10−5Ω cm2 [12]。