金属/多晶锗硅肖特基接触特性的影响因素研究

来源:真空技术网(www.chvacuum.com)天津职业技术师范大学电子工程学院 作者:王光伟

  用射频磁控溅射在单晶硅上沉积Si1-xGex薄膜。溅射的SiGe薄膜样品,用俄歇电子谱(AES)测定其Ge含量,约为17%,即Si0.83Ge0.17。样品分别做高温磷、硼扩散,经XRD测试为多晶态,制得n,p-poly-Si0.83Ge0.17。在n-poly-Si0.83Ge0.17上分别溅射Ni、V、W、Cu、Pt、Ti、Al、Co膜,做成金属/n-poly-Si0.83Ge0.17肖特基结。利用I-V测试数据进行接触参数的提取,从而定量研究金属的功函数、金属膜厚以及快热退火温度对肖特基接触特性的影响。结果发现,肖特基势垒高度(SBH)与金属的功函数有微弱的正相关,Al/n,p-poly-Si0.83Ge0.17接触存在Shannon效应,金属膜厚对Co/n,p-poly-Si0.83Ge0.17接触特性有不同的影响,随快热退火温度的升高,Ni、V、W、Co、Cu、Pt、Ti、Al八种金属在n-poly-Si0.83Ge0.17上的肖特基势垒高度和理想因子未见有一致的变化规律,但存在不均匀性。

  金属/半导体接触形成的肖特基结是肖特基二极管的基础,它是多子器件,具有截止频率高、响应快、正向压降小等优点,在高速集成电路和微波技术等领域有着广泛的用途。对基于半导体硅锗(SiGe)薄膜的器件,金属/SiGe肖特基接触的研究具有重要意义。金属/半导体的肖特基接触特性,与金属的功函数、半导体的电子亲和势、界面层厚度、界面中性能级以及热处理条件等有关。本文研究了8种金属在SiGe薄膜上的肖特基接触特性,探讨了金属的功函数、金属膜厚、Al的掺杂效应以及快热退火温度对肖特基接触特性的影响。

  1、实验

  分别用电阻率为6Ω·cm~9Ω·cm的n-Si(100)和60Ω·cm~80Ω·cm的p-Si(100)作为衬底,标准RCA清洗、切割后,放入LJ-2型四靶磁控溅射仪中,溅射室真空度抽至4.0×10-7Pa,加速电压为550V,束流为35mA/cm2。靶采用12英寸本征Si片,表面用导电胶粘贴几块超高纯Ge片。在7.5×10-2Pa的工作气压下淀积SiGe薄膜,沉积速率约为1.5nm/min,膜厚约100nm。样品用5%的HF漂洗10min去掉自然氧化层,立刻放入石英扩散炉中,一部分样品在850℃对Si0.83Ge0.17薄膜做磷扩散50min,另一部分样品在950℃对Si0.83Ge0.17薄做硼扩散70min。扩散完成后,样品用10%的HF漂洗15min腐蚀掉表面层,用流动的去离子水冲洗干净,高纯氮气吹干。

  经XRD测试样品呈多晶态,即得n,p-poly-Si0.83Ge0.17薄膜。以带圆孔(φ1mm)的钼版作掩膜版,在n,p-poly-Si0.83Ge0.17薄膜上溅射厚约50nm的Ni、V、W、Cu、Pt、Ti、Al、Co膜,形成圆点状金属/n,p-poly-Si0.83Ge0.17结。一部分样片分别在300℃~600℃范围内,做1min的快热退火。样片背面用电子束蒸发厚约1800nm的Al作为背电极。用keithley4200型半导体参数仪对金属/n-poly-Si0.83Ge0.17肖特基结进行I-V测试,并提取接触参数。

  3、结论

  本文研究了几种金属在多晶锗硅薄膜上的肖特基接触特性。肖特基势垒高度与金属的功函数近似存在线性正相关,但变化缓慢。金属Al作为受主,与锗硅薄膜形成肖特基接触时,呈现Shannon效应,且随退火温度升高而愈加明显。金属膜厚度减薄至纳米量级,对肖特基势垒高度有显著影响。快热退火温度会造成金属/多晶锗硅的肖特基接触势垒高度及理想因子的波动,体现出接触特性的不均匀性。

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