Московский государственный технический университет

им. Н.Э.Баумана.

Калужский филиал

В.В.Парамонов , А.В.Скипер

Методические указания по выполнению лабораторной работы

« Формирование омических контактов металл-полупроводник. Отжиг контактов в вакууме методом некогерентного излучения

( 4 часа )»

По курсу «Физическая химия материалов и процессов электронной техники»

Калуга , 2008 г.

УДК 621.315.522

Данные методические указания издаются в соответствии с учебным планом специальности 2001.

Указания рассмотрены и одобрены кафедрой «Материаловедение »(ЭИУ4-КФ)

« » 2008 г. протокол №

Зав. кафедрой: В.Г.Косушкин

Методической комиссией Калужского филиала

« » 2008 г. протокол №

Председатель методической комиссии А.В.Максимов

Рецензент

Авторы: к. х. н., доцент Парамонов Виктор Васильевич

старший преподаватель Скипер Андрей Владимирович

Омический контакт – это контакт металл-полупроводник, сопротивление которого мало по сравнению с сопротивлением полупроводника. Хороший омический контакт не приводит к существенному изменению характеристик прибора. На практике наибольшая часть омических контактов получают напылением, гальваническим осаждением с последующим отжигом в диффузионных печах, импульсным излучением, с помощью лазера.

* Калужский филиал МГТУ им.Н.Э.Баумана 2008 г.

* Парамонов В.В. , Скипер А.В. 2008 г.

Содержание:

1. Общие представления об омических контактах.

2. Напыленные контакты.

3. Контакты, полученные методом ионного распыления.

4. Химическое нанесение.

5. Эффекты тепловой обработки.

6. Применение импульсного отжига для создания приборных структур.

7. Дефекты и контроль качества омических контактов.

8. Приложения.

Общие представления об омических контактах.

Омическим контактом называют контакт металл—полупро­водник, сопротивление которого пренебрежимо мало по сравне­нию с объемным сопротивлением полупроводника и сопротивле­нием растекания. Хороший омический контакт не должен приво­дить к существенному изменению характеристик прибора, а паде­ние напряжения на таком контакте при пропускании через него требуемого тока должно быть достаточно мало по сравнению с падением напряжения на активной области прибора. Для измерения параметров полупроводниковых ма­териалов и приборов на их основе необходимы омические контакты для подсоединения внешних выводов. Такиe контакты должны обладать следующим важнейшим свойством. Чтобы контакты не влияли на измеряемые ВАХ, падение напряжения на них должно быть пренебрежимо малым по сравнению с общим напряжением на образце. В принципе омические контакты можно по­лучить при использовании металлов с работой выхода, меньшей, чем у полупроводника n-типа, и большей, чем у полупроводника р-типа. Однако удовлетворяющих этому условию комбинаций пар металл — полупроводник очень мало. Рассмотрим сначала удельное сопротивление контакта, опре­деляемое как обратная величина от производной плотности тока по напряжению. Наиболее важной характеристикой контакта является удельное сопротивление при нулевом смещении.

В подавляющем большинстве случаев в ка­честве омических контактов используются тонкие слои сильнолегированного полупроводника непосредственно у металла, чтобы обедненный слой в таком контакте был достаточно тонким для свободного туннелирования носителей сквозь него. Такой сильнолегированный слой может быть создан специально до нанесения металлического контакта или в результате осаждения и последующей тепловой обработки сплава, содержащего легирующие элементы требуемого типа. Каждая лаборатория стремится иметь свои собственные рецепты. Омические контакты обязательны для любого активного элемента, они обеспечивают прохождение электрического тока в полупроводнике и не должны влиять на свойства и параметры, то есть не должны быть помехой физическим процессам, протекающим в активных элементах. Чтобы контакт не был выпрямляющим необходимо подавить инжекцию с контакта. Неинжектирующий контакт не должен генерировать носители тока, являющиеся неосновными для полупроводника, так как это способствует обеднению приповерхностного слоя, и следовательно эффекту выпрямления. Наоборот, желательно образование антизапорного слоя, при котором в приповерхностном слое концентрация свободных носителей полупроводника будет велика, толщина слоя будет мала, то есть появится вероятность тунелирования и эффект выпрямления будет устранен.

Рисунок № 1:

Теоретические и экспериментальные зависимости удельного сопротивления контактов от N_d

По теории Шоттки для устранения эффекта выпрямления, а следовательно для получения контакта с идеальной вольт-амперной характеристикой необходимо выбирать металл с работой выхода меньшей, чем у полупроводника n-типа, или большей, чем у полупроводника p-типа. На практике это справедливо в редких случаях, например для закиси меди или селена. В связи с этим для большинства других полупроводников основное внимание уделяется не столько выбору металла, сколько обработке поверхности полупроводника, технологии получения контакта и применению специальных технологических приемов. Образованию антизапорного слоя способствуют: увеличение скорости рекомбинации основных носителей в приповерхностном слое, например, введением примеси (золота) с большим сечением захвата; введение в электродный материал примеси, определяющей тип проводимости полупроводника; создание сильно легированной приконтактной области полупроводника, например, для кремния p-типа концентрация доноров вблизи омического контакта с алюминием должна быть не менее 5*10¹⁹ см³. Последний метод наиболее эффективен и наиболее часто применяется. Для создания n+ или p+ -поверхностных слоев в материале n- и p-типа проводимости применяют диффузию, ионное и другие методы легирования.

Установлено, что на широкозонных полупроводниках обычно очень трудно изготовить контакт с малой высотой барьера. Кроме того, исполь­зуемые металлы не всегда имеют достаточно малую работу выхода. В таких случаях для изготовления омических контактов создают дополнительный высоколегированный слой на поверхности полу­проводника. Создать такой слой можно различными методами:

1.мелкой диффузией;

2. перекристаллизацией;

3.диффузией одной из компонент материала контакта;

4. двойной эпитаксией;

5. ионной имплантацией.

Для изготовления омических контактов к Ge и Si п-типа сначала напыляют' сплав Au—Sb (с 0,1 % Sb). Затем при соответствующей эвтектической температуре вплавляют этот контакт в полупроводник в атмосфере инертного газа (такого, как аргон или азот) [69]. Для изготовления омических контактов к GaAs и другим полупроводникам типа А3В5 разработаны различные методы. Они представлены в приложении №1.