n型4H-SiC上Ni/Pt和Ti/Pt欧姆接触(英文)

研究了Ni/Pt和Ti/Pt金属在n型4H-SiC上的欧姆接触。在1 020℃退火后,Ni/Pt与n型4H-SiC欧姆接触的比接触电阻为2.2×10-6Ω·cm2。Ti/Pt与n型4H-SiC欧姆接触的比接触电阻为5.4×10-6Ω·cm2,退火温度为1 050℃。虽然Ni的功函数比Ti的功函数高,但是Ni比Ti更容易与n型4H-SiC形成欧姆接触。使用能谱分析仪(EDX)分析了Ni/Pt和Ti/Pt金属与4HSiC接触面的元素,观察到C原子相对于Pt原子的原子数分数随退火温度的变化而不同。实验验证了在n型4H-SiC中退火导致的碳空位起施主作用是有利于欧姆接触形成的主要原因。     

Co/C/4H-SiC欧姆接触特性的研究

研究了Co/4H-SiC结构的电学特性。通过直流溅射的方式在金属Co 薄膜 与SiC之间淀积了一层碳薄膜,极大地改善了欧姆特性。采用两步快速退火工艺,即500 °C 退火 10 分钟 再 1050 °C 退火 3 分钟,形成了良好的欧姆接触,接触电阻率为2.30×10-6 Ω.cm2。X射线衍射（XRD）分析表明高温退火后Co基金属接触层中的硅化物更加稳定,接触层下形成的富碳层有效地降低了电子输运的势垒高度,对欧姆接触的形成起了关键作用。通过对Au/Co/C/SiC 欧姆接触的热稳定性测试,结果表明经过500oC下20小时的热测试,掺杂浓度为2.8×1018 cm-3的 n型4H-SiC保持了良好的欧姆特性。     

TiC/n型4H-SiC欧姆接触的低温退火研究

利用电子回旋共振(ECR)氢等离子体处理n型4H-SiC(0.5～1.5×1019cm-3)表面,采用溅射法制备碳化钛(TiC)电极,并在低温(<800℃)条件下退火。直线传输线模型(TLM)测试结果表明,TiC电极无需退火即可与SiC形成欧姆接触,采用ECR氢等离子体处理能明显降低比接触电阻,并在600℃退火时获得了最小的比接触电阻2.45×10-6Ω.cm2;当退火温度超过600℃时,欧姆接触性能开始退化,但是比接触电阻仍然低于未经氢等离子体处理的样品,说明ECR氢等离子体处理对防止高温欧姆接触性能劣化仍有明显的效果。利用X射线衍射(XRD)分析了不同退火温度下TiC/SiC界面的物相组成,揭示了电学特性与微观结构的关系。     

低温退火制备Ti/4H-SiC欧姆接触

实现SiC器件欧姆接触常规工艺需要800～1200℃的高温退火.研究了n型4H-SiC低温制备Ti欧姆电极的工艺及其基本电学特性.通过氢等离子体处理4H-SiC的表面,沉积Ti后可直接形成欧姆接触,室温下比接触电阻率ρc为2.25×10-3 Ω·m2(ρc由圆形传输线模型CTLM测得),随着合金温度的升高,其欧姆特性逐渐增强,400℃合金后获得最低的比接触电阻率ρc为2.07×10-4 Ω·m2.采用X射线衍射(XRD)确定金属/n-SiC界面反应时形成的相,以分析电学性质与微观结构间的联系.最后讨论了低温欧姆接触的形成机制.     

N型SiC的Ni基欧姆接触研究

对n型SiC的Ni基欧姆接触的机理进行了研究.通过在P型4H-SiC外延层上使用N离子注入来形成N阱,并在此基础上制作Ni/n型SiC欧姆接触的TLM结构,得到的比接触电阻约为1.7X10-4Ω·cm2.合金化的高温退火过程导致了C空位(Vc)的出现,起到了施主的作用,降低了有效肖特基势垒高度,从而形成欧姆接触.通过模拟估计了有效载流子密度的增加,结果表明,高温退火中形成的C空位对于最终欧姆接触的形成起到了重要作用,甚至超过了掺杂水平的影响.     

Ag/Au与n-ZnO的欧姆接触特性的研究

为了更好实现ZnO材料在光电器件方面的应用,研究了Ag/Au和n-ZnO薄膜的欧姆接触。通过半导体特性分析系统测出欧姆接触的I-V特性曲线和采用挖补圆盘法测试了欧姆接触的接触电阻率,研究了退火温度对接触特性的影响。利用俄歇电子能谱(AES)研究了欧姆接触的微观结构,比较了不同的金属电极的反射特性。结果表明,Ag(50nm)/Au(100nm)和n-ZnO薄膜的欧姆接触在退火温度为500℃时最好,欧姆接触电阻率仅为5.2×10-4Ω·cm-2,且其反射特性比其它金属电极好。     

Ag与p型GaP欧姆接触的表面特性分析

在p型GaP表面制作Ag电极,并利用退火环境令金属和半导体的接触界面产生良好的欧姆接触。通过扫描电子显微镜(SEM)、俄歇电子能谱(AES)以及X射线光电子能谱(XPS)的表征分析与对比,研究了不同退火环境对欧姆接触表面特性的影响。结果表明:退火时间过短,获得能量自由移动的原子移动面积小,不利于提高样品表面致密性;退火温度过高,欧姆接触表面的晶粒又容易发生球聚现象,造成样品表面的粗糙程度加剧。另外,在退火过程中,发生的相互扩散、形成化合物和合金相以及氧化反应也会对欧姆接触表面特性产生影响。其中,氧化反应较其他反应更为剧烈,对比接触电阻率的影响更大。因此,适宜的退火环境和有效控制氧化反应是增强欧姆接触性能的关键。     

异质结InP/InGaAs探测器欧姆接触温度特性研究

为了研究异质结InP/InGaAs探测器帽层的欧姆接触特性,采用Au/p-InP传输线模型(TLM),对比不同退火温度下的接触特性,在480℃、30 s的退火条件下实现室温比接触电阻为3.84×10~(-4)Ω·cm~2,同时,对欧姆接触的温度特性进行了研究,发现随着温度降低比接触电阻增加,在240~353 K温度范围内界面电流传输主要为热电子-场发射机制(TFE);240 K以下,接触呈现肖特基特性.利用扫描电子显微镜(SEM)和X射线衍射仪(XRD)分别对界面处的扩散程度和化学反应进行了分析,发现经过480℃、30 s退火后样品界面处存在剧烈的互扩散,反应产物Au_(10)In_3有利于改善Au/p-InP的接触性能.     

Au/Zn/Au/p-In P欧姆接触的界面研究

研究了离子束溅射制备的Au/Zn/Au/p-InP欧姆接触的界面特性.在480℃退火15s比接触电阻达到最小,为1.4×1 0-5 Ω·cm 2.利用俄歇电子能谱(AES)和X射线光电子能谱(XPS)研究了接触界面的冶金性质.实验结果表明,在室温下InP中的In就可以扩散到接触的表面,退火后可与Au形成合金.退火后,Zn的扩散可以在p-InP表面形成重掺杂层,从而降低接触势垒高度,减小势垒宽度,有助于欧姆接触的形成;在接触与p-InP的界面产生一个P聚集区,同时Au与InP反应生成Au2P3,其P的2p3/2电子的结合能约为129.2 eV.     

不同退火温度下Mo/4H-SiC肖特基接触界面特性分析

为研究退火温度对肖特基接触界面特性的影响,在不同温度下测试了不同退火温度处理的Mo/4H-SiC肖特基接触的I-V及C-V特性.根据金属-绝缘层-半导体(MIS)结构二极管模型理论,认为在金属与半导体间存在薄介质层,通过估算介质层电容值,得到了肖特基接触界面态密度(N88)的能级分布情况,N8s约为1012 eV-1·cm-2量级.退火温度升高,N8s的能级分布靠近导带底;测试温度升高,Ns8增加且其能级分布远离导带底.利用X射线光电子能谱(XPS)分析表征肖特基接触界面态化学组分,分析结果证实接触界面存在SiO.SiO组分随退火温度的升高而减少,在退火温度为500℃及以上时检测到Mo-C成分,说明Mo与4H-SiC发生反应.     

p型GaN材料的表面物理特性

运用X射线光电子能谱(XPS)和俄歇电子能谱(AES)等表面分析手段对表面状态不同的p- Ga N样品进行了分析.在样品表面制作了Ni/ Au电极并进行了I- V特性测试.实验结果表明样品表面镓氮元素化学比(Ga/ N)的减小以及C,O杂质含量的减少可以改善电极的欧姆接触性能.     

Planar 4H- and 6H-SiC p–n diodes fabricated by selective diffusion of boron

Graphite film was used as a protective and selective mask for realizing diffusion of boron in SiC. Secondary ion mass spectroscopy was employed to identify the diffusion profile in SiC. No significant difference between diffusion profiles in 4H-SiC and 6H-SiC was found. Planar p–n diodes with local p-type emitter regions were fabricated in 4H-SiC and 6H-SiC based on this process. The current density versus voltage (J–V) curves of the formed diodes exhibited good rectification characteristics. The 4H-SiC p–n diodes had much lower forward voltage drops and much less temperature dependence in comparison with 6H-SiC p–n diodes.     

高性能SiC整流二极管研究

在n型4H-SiC单晶导电衬底上制备了具有MPS(merged p-i-n Schottky diode)结构和JTE(junction termination extension)结构的肖特基势垒二极管。通过高温离子注入及相应的退火工艺,进行了区域性p型掺杂,形成了高真空电子束蒸发Ni/Pt/Au复合金属制备肖特基接触,衬底溅射Ti W/Au并合金做欧姆接触,采用场板和JTE技术减小高压电场集边效应。该器件具有良好的正向整流特性和较高的反向击穿电压。反向击穿电压可以达到1300V,开启电压约为0.7V,理想因子为1.15,肖特基势垒高度为0.93eV,正向电压3.0V时,电流密度可以达到700A/cm2。     

p型4H-SiC同质外延有效层厚度

通过化学气相沉积法,采用不同生长工艺在4°偏角4H-SiC衬底上制备p型4H-SiC同质外延片。提出了p型4H-SiC同质外延中有效层厚度的概念,研究发现导致外延有效层厚度减少的直接原因是自掺杂效应的存在。采用傅里叶红外光谱仪(FT-IR)、汞探针电容电压(Hg-CV)和表面缺陷测试仪对p型4H-SiC同质外延片进行表征,讨论了不同工艺对外延有效层厚度的影响。结果表明,采用隔离法和阻挡层法均能提高外延有效层厚度,且掺杂浓度随距表面深度变化斜率值由1.323减小到0.073。然而,阻挡层法斜率值能进一步优化至0.050,是由于有效抑制了外延中固相和气相自掺杂。对比于优化前工艺,采用阻挡层法制备的p型4H-SiC同质外延片厚度不均匀性和表面总缺陷数量处于同一水平,掺杂浓度不均匀性由2.95%改善到2.67%。综上,采用阻挡层法能够制备出高有效层厚度、高一致性和高质量的p型4H-SiC同质外延片。     

Al掺杂4H-SiC同质外延的缓冲层

利用扫描电子显微镜(SEM)、X射线双晶衍射谱(XRD)和光致发光谱(PL)对在4H-SiC单晶衬底上采用CVD同质外延的4H-SiC单晶薄膜的特性进行研究,发现外延层有很好的晶格结构和完整性。由于Al原位掺杂引起的晶格失配和衬底和外延的晶向偏离,在样品的衬底和外延的界面出现了约1μm的缓冲层,使得XRD摇摆曲线距主峰左侧约41arcs出现了强衍射峰。缓冲层中存在大量的堆垛缺陷和位错,引入缺陷能级,使室温PL测试为"绿带"发光。通过PL全片扫描发现缓冲层在整个样品中普遍存在且分布均匀。     

P-type 4H and 6H-SiC high-voltage Schottky barrier diodes

High-voltage Schottky barrier diodes have been successfully fabricated for the first time on p-type 4H- and 6H-SiC using Ti as the barrier metal. Good rectification was confirmed at temperatures as high as 250°C. The barrier heights were estimated to be 1.8-2.0 eV for 6H-SiC and 1.1-1.5 eV for 4H-SiC at room temperature using both I-V and C-V measurements. The specific on resistance (R_on,sp) for 4H- and 6H-SiC were found to be 25 mΩ cm^-2 and 70 mΩ cm^-2 at room temperature. A monotonic decrease in resistance occurs with increasing temperature for both polytypes due to increased ionization of dopants. An analytical model is presented to explain the decrease of R_on,sp with temperature for both 4H and 6H-SiC which fits the experimental data. Critical electric field strength for breakdown was extracted for the first time in both p-type 4H and 6H-SiC using the breakdown voltage and was found to be 2.9×10⁶ V/cm and 3.3×10⁶ V/cm, respectively. The breakdown voltage remained fairly constant with temperature for 4H-SiC while it was found to decrease with temperature for 6H-SiC     

Ohmic contact behaviour of Co/C/4H-SiC structures

The electrical contact properties of Co/4H-SiC structures are investigated.A carbon interfacial layer between a Co film and SiC is used to improve the Ohmic contact properties significantly.The C film is deposited prior to Co film deposition on SiC using DC sputtering.The high quality Ohmic contact and specific contact resistivity of 2.30×10^-6Ω·cm² are obtained for Co/C/SiC structures after two-step annealing at 500℃for 10 min and 1050℃for 3 min.The physical properties of the contacts are examined by using XRD.The results indicate that the Co-based metal contacts have better structural stability of silicide phases formed after the high temperature annealing and carbon-enriched layer is produced below the contact,playing a key role in forming an Ohmic contact through the reduction of effective Schottky barrier height for the transport of electrons.The thermal stability of Au/Co/C/SiC Ohmic contacts is investigated.The contacts remain Ohmic on doped n-type(2.8×10¹⁸ cm^-3) 4H-SiC after thermal aging treatment at 500℃for 20 h.     

Au/4H-SiC肖特基UV光电二极管的温度特性

采用微电子平面工艺,高真空电子束蒸发金属Au做肖特基接触,多层金属Ni、Ti、Ag合金在背底上做欧姆接触,制作出Au/n-4H-SiC肖特基势垒紫外光电二极管(UV-SBD).测试并分析了在不同温度下该器件的I-V特性及光谱响应特性.实验表明:器件高温下有较低的反向漏电流,正向开启电压下降速度为-1.2 mV/℃;波长响应范围为200～400 nm,在23℃和260℃时,光谱响应峰值分别出现在320 nm和330 nm,每100℃波长红移约4 nm;响应灵敏度随温度升高而降低,平均每100℃降低2倍.