TiC/n型4H-SiC半导体欧姆接触研究

论文摘要

新一代半导体材料碳化硅（SiC）是制作高温、高频、高功率器件的理想材料,欧姆接触技术是新型半导体材料尤其是宽带隙半导体器件研究的难点和关键技术。欧姆接触不仅与电极材料的种类有关,还受半导体表面态的影响。本文选用新型电极材料TiC,并结合课题组自主开发的ECR（电子回旋共振）氢等离子体表面处理技术对TiC/SiC欧姆接触进行了研究。金属碳化物材料TiC是一种低阻稳定的化合物金属,其功函数低于4H-SiC,且与SiC粘附性好,所以是制备n型4H-SiC欧姆接触的理想材料。本文利用ECR氢等离子体处理SiC表面,采用溅射法和剥离工艺制备TiC电极,并在低温（＜800℃）条件下退火。采用标准传输线模型法（TLM）测量并计算比接触电阻pc。结果表明,TiC电极无需退火即可形成欧姆接触,若采用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值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休处理的样品,说明ECR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。ECR等离子体对欧姆接触性能的改善归因于氢等离子休对SiC表面的清洗作用及表面态钝化作用。利用X射线衍射（XRD）考察各种退火温度下电极材料与SiC界面间物相及物相结构的变化。结果表明800℃退火比接触电阻的增加是由于接触界面处C堆积造成的。采用ECR氢等离子体处理SiC表面制备的TiC/n型4H-SiC欧姆接触,表现出显著的优势,避免了通常制备欧姆接触所需的800-1200℃高温退火,对于防止器件的高温劣化以及提高器件的长期热稳定性具有重要意义。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 课题研究的背景及意义
• 1.2 SiC欧姆接触的国内外发展状况
• 1.3 本文要解决的主要问题
• 1.4 研究内容和章节安排
• 2 欧姆接触的基本原理
• 2.1 金属半导体接触的基本参数
• 2.2 肖特基势垒的形成机理
• 2.2.1 肖特基-莫特模型
• 2.2.2 巴丁模型
• 2.2.3 适合SiC的模型
• 2.2.4 影响势垒高度的因素
• 2.3 载流子输运机理
• 2.4 欧姆接触的形成机理
• 2.4.1 欧姆接触的形成原理
• 2.4.2 获得低比接触电阻的条件
• 2.5 本章小结
• 3 SiC欧姆接触的制备及测量方法
• 3.1 SiC欧姆接触材料的选择
• 3.1.1 n型SiC欧姆接触
• 3.1.2 p型SiC欧姆接触
• 3.2 比接触电阻的测量方法
• 3.2.1 直线传输线模型法
• 3.2.2 圆点传输线模型法
• 3.2.3 圆环传输线模型
• 3.3 本章小结
• 4 TiC/n型4H-SiC欧姆接触
• 4.1 欧姆电极材料TiC
• 4.2 TiC/n型4H-SiC欧姆接触工艺流程
• 4.2.1 清洗
• 4.2.2 氢等离子体处理
• 4.2.3 光刻
• 4.2.4 溅射
• 4.2.5 剥离（lift-off）
• 4.2.6 退火
• 4.2.7 电学参数的测试
• 4.2.8 结构表征
• 4.3 比接触电阻的测量与计算
• 4.4 微观结构分析
• 4.5 表面氢钝化对欧姆接触的影响
• 4.6 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表学术论文情况
• 致谢