p型4H-SiC欧姆接触设计与研究
发布时间：2021-12-12 03:45
新一代半导体材料碳化硅（SiC）相比于当今电子行业中最常用的半导体材料Si而言,具有宽带隙,高击穿电场和高导热率等优异性能,使其适用于大功率,高频和高温器件。但是,如果没有能在相同条件下工作的接触和互连,那么碳化硅在这种条件下的运行能力将无法得到充分发挥。目前,低电阻、高稳定性的欧姆接触的制造是SiC功率器件开发的关键技术问题。p型SiC材料的欧姆接触存在以下问题:（1）形成欧姆接触的合金化退火工艺的温度较高;（2）欧姆接触的稳定性、可靠性差;（3）欧姆接触形成的机理还不够清楚。为解决合金化退火温度较高问题本文采用Ni/Si/Al和Cu/Ti/Al两种多层体系材料作为p型4H-SiC欧姆接触材料,前者Ni/Si/Al体系中Si的加入使体系降低了合金化退火温度,后者Cu/Ti/Al体系中Cu的加入也在降低比接触电阻上发挥一定的有益作用。经多次实验探索出满足本实验要求的最佳工艺条件,同时对体系材料的厚度和退火温度进行了讨论分析。利用传输线模型（TLM）测量接触点的I-V特性曲线并计算比接触电阻ρc。利用X射线衍射（XRD）、场发射扫描电镜（FE-SEM）、能量色散光谱仪（EDS）分析不同参...
【文章来源】：杭州电子科技大学浙江省
【文章页数】：64 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
SiC（a）3C（b）4H（c）6H多型的堆叠顺序
隼硐肭榭鱿滦纬傻囊桓鍪评莞叨龋?ぬ鼗?评?可以通过金属-半导体接触的能带图来理解。根据半导体的掺杂以及金属和半导体的相对功函数，应考虑以下四种情况[1]：①对于n型半导体，Φm>Φs;②对于n型半导体，Φm<Φs;③对于p型半导体，Φm>Φs;④对于p型半导体，Φm<Φs;以第一种情况为例，当金属和半导体接触时，假设半导体功函数qΦs低于金属功函数qΦm式，电子将从n型半导体一侧逐渐流向金属一侧，并留下正电荷施主区。当两种材料的费米能级相等时，则电荷不再流动。这样，半导体中电子的能级将在接触处上升qVbi（如图2.1(b)）。图2.1理想化无界面态的金属和n型半导体接触能带图：Φm>Φs
杭州电子科技大学硕士学位论文11肖特基势垒高度可以简单地表示为金属功函数qΦm和半导体电子亲和势qχs之差，即=()(1.4)对于给定的半导体和金属，n型和p型半导体材料的势垒高度之和为禁带宽度Eg，即=+(1.5)式（1.5）中q为电子电荷。肖特基势垒高度决定了金属-半导体接触的特性。特别强调，上述公式仅在理想金属-半导体接触情况下适用，忽略了界面态。2.Bardeen极限本章前面介绍了Schottky-Mott极限是一个MS接触中的理想情况，而Bardeen极限则是MS接触中的另一种理想情况。两者的不同在于前者不考虑界面态的可能性，即界面态很小忽略不计；而后者是过多的考虑界面态的可能性，即界面态很大，以至于形成钉扎效应。“钉扎”解释为费米能级的位置被钉扎到半导体禁带中的一个确定的能级上。一旦发生钉扎效应，那么此时的肖特基势垒高度将与金属功函数无关。=(1.6)在Bardeen极限情况下的MS接触能带图如图2.2所示。图2.2具有大量界面态的金属-半导体接触能带图3.一般情况上述两种情况均是理想情况，在大多数共价键合的半导体中，表面包含大量的本征表面态，其能级位于半导体的禁带之内。这些状态可能归因于缺陷（例如悬挂键、杂质原子），并且可能影响所得的肖特基势垒。事实上大多数金属-半导体接触都不可能无界面态存在，而是存在一个较低的界面态，并不足以钉扎肖特基接触势垒，所以半导体和金属之间的关系介于Schottky-Mott极限和Bardeen极限之间。因此，金属功函数和界面态的共同影响着肖特基势垒高度。也就是说，事实上，势垒高度通常部分地取决于金属功函数。势垒高度的关系可以表示为：=()+(1)()(1.7)式（1.7）中Es是由界面态有限密度引起的“钉扎”能级，δ是界面态影响的指标并且δ<1。
【参考文献】：
博士论文
[1]SiC器件欧姆接触的理论和实验研究[D]. 郭辉.西安电子科技大学 2007
硕士论文
[1]Ti/Al/4H-SiC MOSFET欧姆接触电极研究[D]. 裴紫微.北方工业大学 2016
[2]4H-SiC欧姆接触研究及其应用[D]. 张旭芳.兰州大学 2015
[3]TiC/n型4H-SiC半导体欧姆接触研究[D]. 王槿.大连理工大学 2008
[4]n型4H-SiC欧姆接触的研究[D]. 陈素华.大连理工大学 2007
[5]碳化硅离子注入及欧姆接触的研究[D]. 刘芳.西安电子科技大学 2005
本文编号：3535947
【文章来源】：杭州电子科技大学浙江省
【文章页数】：64 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
SiC（a）3C（b）4H（c）6H多型的堆叠顺序
隼硐肭榭鱿滦纬傻囊桓鍪评莞叨龋?ぬ鼗?评?可以通过金属-半导体接触的能带图来理解。根据半导体的掺杂以及金属和半导体的相对功函数，应考虑以下四种情况[1]：①对于n型半导体，Φm>Φs;②对于n型半导体，Φm<Φs;③对于p型半导体，Φm>Φs;④对于p型半导体，Φm<Φs;以第一种情况为例，当金属和半导体接触时，假设半导体功函数qΦs低于金属功函数qΦm式，电子将从n型半导体一侧逐渐流向金属一侧，并留下正电荷施主区。当两种材料的费米能级相等时，则电荷不再流动。这样，半导体中电子的能级将在接触处上升qVbi（如图2.1(b)）。图2.1理想化无界面态的金属和n型半导体接触能带图：Φm>Φs
杭州电子科技大学硕士学位论文11肖特基势垒高度可以简单地表示为金属功函数qΦm和半导体电子亲和势qχs之差，即=()(1.4)对于给定的半导体和金属，n型和p型半导体材料的势垒高度之和为禁带宽度Eg，即=+(1.5)式（1.5）中q为电子电荷。肖特基势垒高度决定了金属-半导体接触的特性。特别强调，上述公式仅在理想金属-半导体接触情况下适用，忽略了界面态。2.Bardeen极限本章前面介绍了Schottky-Mott极限是一个MS接触中的理想情况，而Bardeen极限则是MS接触中的另一种理想情况。两者的不同在于前者不考虑界面态的可能性，即界面态很小忽略不计；而后者是过多的考虑界面态的可能性，即界面态很大，以至于形成钉扎效应。“钉扎”解释为费米能级的位置被钉扎到半导体禁带中的一个确定的能级上。一旦发生钉扎效应，那么此时的肖特基势垒高度将与金属功函数无关。=(1.6)在Bardeen极限情况下的MS接触能带图如图2.2所示。图2.2具有大量界面态的金属-半导体接触能带图3.一般情况上述两种情况均是理想情况，在大多数共价键合的半导体中，表面包含大量的本征表面态，其能级位于半导体的禁带之内。这些状态可能归因于缺陷（例如悬挂键、杂质原子），并且可能影响所得的肖特基势垒。事实上大多数金属-半导体接触都不可能无界面态存在，而是存在一个较低的界面态，并不足以钉扎肖特基接触势垒，所以半导体和金属之间的关系介于Schottky-Mott极限和Bardeen极限之间。因此，金属功函数和界面态的共同影响着肖特基势垒高度。也就是说，事实上，势垒高度通常部分地取决于金属功函数。势垒高度的关系可以表示为：=()+(1)()(1.7)式（1.7）中Es是由界面态有限密度引起的“钉扎”能级，δ是界面态影响的指标并且δ<1。
【参考文献】：
博士论文
[1]SiC器件欧姆接触的理论和实验研究[D]. 郭辉.西安电子科技大学 2007
硕士论文
[1]Ti/Al/4H-SiC MOSFET欧姆接触电极研究[D]. 裴紫微.北方工业大学 2016
[2]4H-SiC欧姆接触研究及其应用[D]. 张旭芳.兰州大学 2015
[3]TiC/n型4H-SiC半导体欧姆接触研究[D]. 王槿.大连理工大学 2008
[4]n型4H-SiC欧姆接触的研究[D]. 陈素华.大连理工大学 2007
[5]碳化硅离子注入及欧姆接触的研究[D]. 刘芳.西安电子科技大学 2005
本文编号：3535947
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