集成电路中的物理问题讲座 第三讲 金属硅化物的形成

金属硅化物在微电子学的理论研究和实际应用方面有着广阔的前景,近来金属硅化物形成研究再次成为一个非常活跃的领域.理论方面,硅化物的能带结构和硅化物-硅界面研究有着重要意义.高性能和高可靠性电路制造对金属化方案的选择至关重要.金属硅化物具有低的电阻率和高的稳定性,它们在集成电路上的应用引起人们极大的关注.图1是半导体电路金属化系统两种典型结构.其中图1(a)是具有重掺源、漏区和轻渗沟道的FET结构;图1(b)是MOS结构,有一个金属栅.图1中的两种结构代表金属化系统在电路中三种典型用途:各单元的互连线、金属-半导体接触(肖特基…     

低反向漏电自支撑衬底AlGaN/GaN肖特基二极管

氮化镓材料具有大的禁带宽度(3.4 eV)、高的击穿场强(3.3 MV/cm),在高温、高压等方面有良好的应用前景.尤其是对于铝镓氮/氮化镓异质结构材料而言,由极化效应产生的高面密度和高迁移率二维电子气在降低器件导通电阻、提高器件工作效率方面具有极大的优势.由于缺乏高质量、大尺寸的氮化镓单晶衬底,常规氮化镓材料均是在蓝宝石、硅和碳化硅等异质衬底上外延而成.较大的晶格失配和热失配导致异质外延过程中产生密度高达10~7—10¹⁰ cm^–2的穿透位错,使器件性能难以进一步提升.本文采用基于自支撑氮化镓衬底的铝镓氮/氮化镓异质结构材料制备凹槽阳极结构肖特基势垒二极管,通过对欧姆接触区域铝镓氮势垒层刻蚀深度的精确控制,依托单步自对准凹槽欧姆接触技术解决了低位错密度自支撑氮化镓材料的低阻欧姆接触技术难题,实现了接触电阻仅为0.37Ω·mm的低阻欧姆接触;通过采用慢速低损伤刻蚀技术制备阳极凹槽区域,使器件阳极金属与氮化镓导电沟道直接接触,实现了高达3×107开关比的高性能器件,且器件开启电压仅为0.67 V, 425 K高温下,器件反向漏电仅为1.6×10...     

金属-氧化物-半导体硅发光器件在集成电路中的应用前景

集成硅光电子学的目的之一就是为大众市场创造应用广泛、成本低廉的光子互连工具.随着摩尔定律逼近理论极限,集成芯片的金属互连越来越跟不上芯片体积微型化、频率高速化和功耗分配精益化的需求.本文基于硅基发光器件的发展历程,详细论证了金属-氧化物-半导体结构硅发光器件在未来集成电路中的合理应用,提出了全硅光电集成电路在理论和工艺上的可行性.这种电路突破了传统芯片电互连码之间串扰的瓶颈,改善之后的互连速度理论可达光速,有望成为新一代集成芯片的主流.     

多孔硅的光生伏特效应

多孔硅(PS)的可见光致发光的发现[1],引起人们对PS的光电特性及其在光电器件上应用可能性的广泛探索.已报道用PS制成发出可见光的电致发光器件[2]及高灵敏的光探测器件[3].本文将报道PS层与金属接触,光照时能出现很强的光生伏特效应,利用这一特性有可能制成高效的光电转换器件.     

980 nm 垂直腔面发射激光器低欧姆接触电阻制备

研究了980 nm的垂直腔面发射激光器(VCSEL)欧姆接触技术.降低VCSEL的欧姆接触电阻,可有效地提高VCSEL的输出功率和延长其可靠性.P面采用高掺杂的P-GaAs/Ti/Pt/Au系统,N面采用N-GaAs/Ge/Au/Ni/Au系统,通过优化合金温度,得到了最佳优化合金温度为440 ℃,最低欧姆接触电阻值为0.04 Ω,同时对比了440 ℃和450 ℃器件的输出功率和转换效率之间的对比关系.测试结果表明,440 ℃器件的欧姆接触电阻0.04 Ω,峰值波长980.1 nm,光谱的半高宽0.8 nm,平行发散角θ_‖ 15.2°,垂直发散角θ_⊥ 13.5°,输出功率1.4 W,转换效率最大值为14.4%,而450℃的器件欧姆接触电阻为0.049 Ω,输出功率为1.3 W,转换效率为12.8%.通过优化合金温度能有效地降低980 nm的VCSEL欧姆接触电阻.     

超大规模集成电路的一些材料物理问题(Ⅰ) --Cu互连和金属化

21世纪初,超大规模集成电路(ULSI)的特征尺寸将由150hm逐代缩至50nm.文章以100nmULSI器件为主,简要介绍与互连相关的一些材料物理问题,其中包括Cu互连、金属化及低介电常数介质.     

GaN HEMT欧姆接触模式对电学特性的影响

本文制备了AlGaN/GaN HEMT器件中常规结构与带有纵向接触孔结构的两种接触电极,研究了该两种源欧姆接触模式对器件电学特性的影响.在相同条件下进行快速退火,发现在750?C下退火30 s后,常规结构还没有形成欧姆接触,而带有纵向欧姆接触孔的接触电极与外延片已经形成了良好的欧姆接触.同时,比较了Ti/Al/Ti/Au和Ti/Al/Ni/Au电极退火后表面形态,Ti/Al/Ni/Au具有更好的表面形貌.通过测试两种结构的HEMT器件后,发现采用纵向欧姆接触孔结构器件具有更高的跨导和饱和电流,但是也会在栅极电压为0.5—2 V之间产生严重的电流崩塌现象.     

辐射与发光 发光与发光器件

TN312.8 2006042820GaN基发光二极管的可靠性研究进展=Research and pro-gress in reliability of GaN-based LED[刊,中]/艾伟伟(北京工业大学光电子技术实验室.北京(100022)) ,郭霞…∥半导体技术.—2006 ,31(3) .—161-165从封装材料退化、金属的电迁移、p型欧姆接触退化、深能级与非辐射复合中心增加等方面介绍了GaN基LED的退化机理以及提高器件可靠性的措施,并对GaN基LED的应用前景进行了展望。图5参23(于晓光)TN312.8 2006042821空间交会对接标志灯发光器件的选择与分析=Selectionand analyses for the luminous devices of …     

石墨烯过渡层对金属/SiC接触肖特基势垒调控的第一性原理研究

由于SiC禁带宽度大,在金属/SiC接触界面难以形成较低的势垒,制备良好的欧姆接触是目前SiC器件研制中的关键技术难题,因此,研究如何降低金属/SiC接触界面的肖特基势垒高度(SBH)非常重要.本文基于密度泛函理论的第一性原理赝势平面波方法,结合平均静电势和局域态密度计算方法,研究了石墨烯作为过渡层对不同金属(Ag,Ti,Cu,Pd,Ni,Pt)/SiC接触的SBH的影响.计算结果表明,单层石墨烯可使金属/SiC接触的SBH降低;当石墨烯为2层时,SBH进一步降低且Ni,Ti接触体系的SBH呈现负值,说明接触界面形成了良好的欧姆接触;当石墨烯层数继续增加,SBH不再有明显变化.通过分析接触界面的差分电荷密度以及局域态密度,SBH降低的机理可能主要是石墨烯C原子饱和了SiC表面的悬挂键并降低了金属诱生能隙态对界面的影响,并且接触界面的石墨烯及其与金属相互作用形成的混合相具有较低的功函数.此外,SiC/石墨烯界面形成的电偶极层也可能有助于势垒降低.     

金属氢

一、引 言自然界中,物质存在的形式是千变万化的.外界条件不同,物质的状态就不一样.例如,我们从不同的导电特性把物质分成绝缘体、半导体和导体.近代科学技术的发展,尤其是近代超高压技术的发展揭示出物质的导电特性不是一成不变的,一个绝缘体在足够大的压强下往往都可以变成半导体、导体.由于导电性是金属的特征,因此,我们常常把这种在压力下变成导体的现象叫做金属化.例如,良好的绝缘体──“塑料王”聚四氟乙烯的金属化压强是210—240千巴(1巴= 10～6 达因/厘米～2 = 0.98692大气压).磷的金属化压强只是40—50千巴.而公认的半导体锗和硅,…     

石墨烯过渡层对金属/SiC接触肖特基势垒调控的第一性原理研究

由于SiC禁带宽度大,在金属/SiC接触界面难以形成较低的势垒,制备良好的欧姆接触是目前SiC器件研制中的关键技术难题,因此,研究如何降低金属/SiC接触界面的肖特基势垒高度(SBH)非常重要.本文基于密度泛函理论的第一性原理赝势平面波方法,结合平均静电势和局域态密度计算方法,研究了石墨烯作为过渡层对不同金属(Ag,Ti,Cu,Pd,Ni,Pt)/SiC接触的SBH的影响.计算结果表明,单层石墨烯可使金属/SiC接触的SBH降低;当石墨烯为2层时,SBH进一步降低且Ni,Ti接触体系的SBH呈现负值,说明接触界面形成了良好的欧姆接触;当石墨烯层数继续增加,SBH不再有明显变化.通过分析接触界面的差分电荷密度以及局域态密度,SBH降低的机理可能主要是石墨烯C原子饱和了SiC表面的悬挂键并降低了金属诱生能隙态对界面的影响,并且接触界面的石墨烯及其与金属相互作用形成的混合相具有较低的功函数.此外,SiC/石墨烯界面形成的电偶极层也可能有助于势垒降低.     

Pd/p-GaN欧姆接触退化机理

近几年,Ⅲ-Ⅴ族半导体GaN由于其宽直接带隙,在高温、高功率器件方面得到了广泛研究。但是,目前GaN器件的性能依然受到了p型欧姆接触性能不良的限制,在长期使用过程或高温环境中激光器等器件性能退化严重。因此,获得性能优异的p-GaN接触仍然是一个巨大的挑战。虽然Pd基的金属体系已然在p-GaN获得了欧姆接触,但是Pd与GaN接触之后的微观结构及其高温特性尚不为人知。本文针对常用于p型GaN接触的第一层金属Pd材料,讨论了Pd/p-GaN接触界面的特性和退化机制。通过四探针测试仪、X射线光电子能谱(XPS)和原子力显微镜(AFM)实验测试和分析对比,发现Pd/p-GaN界面受到氧气和温度影响的退化过程。高温退火在界面处促成Ga-Pd合金相生成利于形成良好的接触,但是在有氧参与的情况下,金属的氧化反应超越其他因素成为主导,致使界面和性能发生明显的退化。温度越高退化越严重,甚至表面形貌状态完全改变,由平滑的原子台阶形貌转化呈现出树枝状晶粒状态。因此,保持Pd与p-GaN界面清洁、控制界面的氧成分不仅是形成合金态获得良好接触的关键,而且也关系着器件的长期稳定和可靠,是防止器件性能衰减和退化要害所在。     

光致电化学法提高垂直结构发光二极管出光效率的研究

研究了在垂直结构发光二极管(VLED)器件中, 光致电化学法(PEC)刻蚀N极性n-GaN的速率受不同刻蚀条件(刻蚀浓度、刻蚀时间和光照强度)的影响. 并选择N极性n-GaN表面含有较理想六角金字塔结构(侧壁角为31°)的样品制成器件, 研究PEC刻蚀对VLED的欧姆接触和光电性能的影响. 结果表明, 与未粗化样品相比, PEC刻蚀后的样品接触电阻率明显降低, 形成更好的欧姆接触; 其电学特性有较好的改善, 光输出功率有明显提高, 在20 mA电流下光输出功率增强了86.1%. 对不同金字塔侧壁角度的光提取效率用时域有限差分法(FDTD)模拟, 结果显示光提取效率在侧壁角度为20°– 40°有显著提高, 在23.6° (GaN-空气界面的全反射角)时达到最大.     

光电子技术与器件 光探测与器件

O434．22 2006065271 Pt/CdS Schottky势垒紫外探测器的研制=Development of Pt/CdS Schottky barrier ultraviolet detectors[刊,中]/秦强(昆明物理研究所．云南,昆明(650223))。朱惜辰…//红外技术．—2006,28(4),—234-237介绍了Pt/CdS金属半导体接触Schottky势垒形成及In/CdS的欧姆接触工艺研究,由此制成了紫外探测器。测试了探测器的I-V特性,零偏下的光谱响应和器件的频率响应。观察了器件的反偏响应情况。获得的探测器在γ= 440 nm处加两伏反偏时的响应率为0．17 A/W,内量子效率最大可达64%。图7参6(严寒)     

等离子体表面处理对硅衬底GaN基蓝光发光二极管内置n型欧姆接触的影响

硅衬底GaN基发光二极管(LED)的内置n型欧姆接触在晶圆键合时的高温过程中常常退化,严重影响LED的工作电压等器件性能.本文深入研究了内置n电极蒸镀前对n-GaN表面的等离子体处理工艺对硅衬底GaN基发光二极管n型欧姆接触特性的影响.实验结果表明,1.1 mm×1.1 mm的LED芯片在350 m A电流下,n-GaN表面未做等离子体处理时,n电极为高反射率Cr/Al的芯片正向电压为3.43 V,比n电极为Cr的芯片正向电压高0.28 V.n-GaN表面经O2等离子体表面处理后,Cr/Al和Cr电极芯片的正向电压均有所降低,但Cr/Al电极芯片的正向电压仍比Cr电极芯片高0.14 V.n-GaN表面经Ar等离子体处理后,Cr/Al电极芯片正向电压降至Cr电极芯片的正向电压,均为2.92 V.利用X射线光电子能谱对Ar等离子体处理前后的n-GaN表面进行分析发现,Ar等离子体处理增加了n-GaN表面的N空位(施主)浓度,更多的N空位可以提高n型欧姆接触的热稳定性,缓解晶圆键合的高温过程对n型欧姆接触特性的破坏.同时还发现,经过Ar等离子体处理并用HCl清洗后,n-GaN表面的O原子含量略有增加,但其存在形式由以介电材料GaO_x为主转变为导电材料GaO_xN_(1-x)和介电材料GaO_x含量相当的状态,这会使得接触电阻进一步降低.上述两方面的变化均有利于降低LED芯片的正向电压.     

牺牲Ni退火对硅衬底GaN基发光二极管p型接触影响的研究

本文通过在硅衬底发光二极管(LED)薄膜p-GaN表面蒸发不同厚度的Ni覆盖层,将其在N₂ ∶O₂=4 ∶1的气氛中、400℃—750℃的温度范围内进行退火,在去掉薄膜表面Ni覆盖层之后制备Pt/p-GaN欧姆接触层.实验结果表明:退火温度和Ni覆盖层厚度均对硅衬底GaN基LED薄膜p型欧姆接触有重要影响,Ni覆盖退火能够显著降低p型层中Mg受主的激活温度.经牺牲Ni退火后,p型比接触电阻率随退火温度的升高呈先变小后变大的规律,随Ni覆盖层厚度的增加呈先变小后变 关键词： 氮化镓 发光二极管 牺牲Ni退火 p型接触     

载流子选择性接触:高效硅太阳电池的选择

太阳电池可看成由光子吸收层和接触层两个基本单元组成,接触层是高复合活性金属界面和光子吸收层之间的区域.为了进一步提高硅太阳电池的转换效率,关键是降低光子吸收层和接触之间的复合损失.近年来,载流子选择性接触引起了光伏界的研究兴趣,其被认为是接近硅太阳电池效率理论极限的最后的障碍之一.本文分析了三种类型的载流子选择性接触:在光子吸收层与金属界面之间引入薄的重掺杂层,即所谓的发射极或背面场;利用两种材料之间的导带或价带对齐;利用高功函数的金属氧化物与晶硅接触从而在晶硅中感应能带弯曲.基于一维太阳电池模拟软件wx AMPS,模拟了扩散同质结硅太阳电池[结构为(p~+)c-Si/(n)c-Si/(n~+)c-Si]、非晶硅薄膜硅异质结太阳电池[结构为(p~+)a-Si/(i)a-Si/(n)c-Si/(i)a-Si/(n~+)a-Si]和氧化物薄膜硅异质结太阳电池[结构为(n)MoO_x/(n)c-Si/(n)TiO_x]暗态下的能带结构和载流子浓度的空间分布,其中c-Si为晶硅;a-Si为非晶硅;(i),(n)和(p)分别表示本征、n型掺杂和p型掺杂.模拟结果表明:载流子选择性接触的核心是在接触处晶硅表面附近形成载流子浓度空间分布的不对称进而使得电导率的不对称,形成了对电子的高阻和空穴的低阻或者对空穴的高阻和电子的低阻,从而让空穴轻松通过同时阻挡电子,或者让电子轻松通过同时阻挡空穴,形成空穴选择性接触或者电子选择性接触.     

高Tc超导薄膜及电子器件

在 198 7年初,发现液氮温区超导体几星期之内,研究高温超导薄膜及其器件的工作在各国也随之广泛地展开.由于它在电子学方面的实际应用前景诱人,这些研究工作以前所未有的步伐发展着.这些应用包括单层型器件(如简单互连线、红外探测器和许多微波无源器件)和多层型器件[如复杂的互连线、超导量子干涉器件(SQUID)和约瑟夫森(Josephson)集成电路].在实验室范围内人们已经实现了上述单层型器件的应用,多层型器件也正在发展之中. 超导薄膜的制备是第一个目标.钇钡铜氧(YBa2Cu3O7-x)是首先发现的也是研究得最多的材料.各种物理气相淀积、化学气…     

集成电路中的物理问题讲座 第五讲 金属-半导体接触的电流机制

在金属-半导体界面附近一般存在势垒,称为肖特基势垒.基于这一结构的二极管称为肖特基势垒二极管或肖特基二极管. 由于肖特基二极管较p-n结有更低的正向压降,所以在双极型集成电路中用它作限饱和二极管,以显著提高电路的速度.金属半导体接触也是金属-半导体场效应晶体管(MES-FET)及有关集成电路的基础。金属-半导体欧姆接触则广泛用于形成低阻接触. 关于金属-半导体接触界面势垒的形成问题,在本刊 11卷(1982)8期中陈克铭已经作了介绍,这里不再重复.本文着重讨论金属-半导体接触的电流. 金属-半导体接触的电流通常由多数载流子越过势垒形…     

TFTTP作为阴极缓冲层提高有机薄膜太阳能电池的内建电场和载流子收集效率

采用一种新型的电子传输材料TFTTP作为阴极缓冲层提高基于SubPc/C₆₀异质结的有机薄膜太阳能电池的性能. 通过在有机活性层和金属电极之间加入TFTTP界面层,器件的能量转换效率提高了约30%. 系统研究了器件的二极管特性、光电流特性以及内部的光场分布情况,结果表明,TFTTP阴极缓冲层的引入可以有效地提高器件的内建电场,进而增加电荷转移激子的分离效率. 通过使用TFTTP作为阴极缓冲层,在C₆₀/金属界面形成良好的欧姆接触,降低了界面接触电阻,有利于自由载流子的收集.