第五章电极系统.pptx

半导体工艺原理;;§ 5.1 金属-半导体接触;;Note: 和金属不同的是，半导体的费米能级随杂质浓度变化，因而Ws也和杂质浓度有关。故常用亲合能表征半导体。;金属/半导体接触;二、金属与半导体接触及接触电势差;在接触开始时，半导体中的电子将向金属流动，使金属表面带负电，半导体表面带正电。;;（d）忽略间隙;当金属与n型半导体接触;E;当金属与p型半导体接触;当金属与p型半导体接触;;三、表面态对接触势垒的影响;问题的提出：;对于同一种半导体材料，亲合能 χ 将保持不变，如用不同的金属相连形成接触，根据公式 ：;表面态一般分施主型和受主型：;假定在一个n型半导体的表面存在表面态。半导体的费米能级EF 高于表面能级q?0 ，如果q?0 以上存在受主表面态，则在q?0和EF 之间的能级基本被电子填满，表面带负电。;如果表面态密度很大时，只要EF比q?0高一点，就会在表面积累很多的负电荷，能带向上弯曲，表面处的EF很接近q?0，势垒高度就等于原来费米能级和q?0之差，即;不存在表面态，半导体的功函数;通过表面态发生作用;在极限情况下，半导体的势垒高度为;为什么说当金属的功函数小于半导体的功函数时（WmWs），也可以形成n型阻挡层？;四、金属半导体接触整流特性;金属与n型半导体接触时，若WmWs，空间电荷主要由电离施主形成，电子浓度比体内小得多，是一个高阻区域，称为电子阻挡层。;在紧密接触的金属与半导体之间加上电压V时，由于阻挡层是一个高阻区域，电压主要降落在阻挡层上。电子势垒高度变为：;①加上正向电压在n型阻挡层(金属一边为正)时：;进一步增加正向电压：;对于n型阻挡层，即金属和n型半导体在Wm＞Ws时，表面势为负的值，当在金属上加正向电压即V 0，使得电子的势垒高度减低，多子电子从半导体流向金属的数目变多，并随电压增加而变得越大，即从金属流向半导体的正向电流变大。;②加上反向电压(金属一边为负)时：;如进一步增加反向电压：;但和正向电流行为不一样的是：;理论推导，金属－半导体整流接触的伏安特性与p-n结相似;p-n结电流电压方程（利用连续性方程）;较高迁移率，较大的平均自由程（Ge、Si、GaAs），电流输运机构以多子热发射为主。;;;空穴电流;§ 5.2 欧姆接触;欧姆接触的制作，重点在于如何削弱肖特基势垒的整流作用和少数载流子的注入效应。如何解决？;半导体掺杂浓度很高时（如Si中掺杂浓度1019/cm2），势垒厚度δ相当小，以致能带底附近的载流子也能以隧道效应方式通过势垒。;制作欧姆接触最常用的方法：在n型或p型半导体上制作一层重掺杂区再与金属接触，形成金属－n+n 或金属－ p+p 结构。由于有n+、p+层，使得金属的选择很多。 形成金属与半导体接触的方法：电子束、热蒸发、溅射、电镀等。;二、低势垒接触;三、高复合接触;存在于接触势垒中的大量强复合中心将复合掉注入到半导体内的非平衡少数载流子。;§ 5.3 金属电极材料;常用的欧姆电极材料;常用金属的性质;虽然Al是硅平面器件的一种良好电极材料，但纯Al电极系统在使用中存在以下问题：;为了克服Al电极存在的问题，也曾提出了以下改进措施：;常用的三层电极结构：;§ 5.4 金属电极系统的失效机理;一、蒸发自掩蔽效应;台阶处有效Al膜厚度与PSG厚度的关系;(a);二、电迁移;金属离子输运的电流密度为：;在金属薄膜中某一点，若离子电流密度Ja的散度不为零（div Ja ≠0），就会出现净质量的累积和亏损，严重将???现小丘和空洞，空洞的聚集造成开路。因此，电极金属膜由于电迁移而发生失效与div Ja 有关。;提高MTF措施;Al 、Au 扩散的激活能;三、金属与硅互溶;2、Au与Si互溶;四、Al膜表面的再结构;Al膜表面再结构的起因：;防止Al膜表面再结构的措施：;五、Al和SiO2相互反应;解决方法：;六、电极金属的电化学腐蚀;对于具体的器件，应该选择什么样的电极系统才有利于提高可靠性，而又不过分增大工艺难度，这需要对不同的器件作具体分析。;要做出性能良好和稳定的GaAs器件，除了要有高质量的GaAs外延片外，关键在于欧姆电极的制作质量。;实际上，除了功函数这个因素外，在选取欧姆电极材料时，还必须考虑的因素有：;目前，最常用的欧姆电极合金材料是Au(85%)-Ge(10%)-Ni(5%),其次是Ag(80%)-Ge(10%)-Sn(10%)、Sn(94%)-Ni(6%)、Au(88%)-Ge(12%)、Ag(80%)-Au(10%)-Ge(10%)等;常用的Au-Ge-Ni合金为什么能与n型GaAs形成良好的欧姆接触？;在p型GaAs上能形成欧姆接触的金属材料：Au-Zn、 In、In-Zn、Ag-In-Zn、Cr、Mo 等，常用的是Au-Zn和In。;结 束