Al界面層對Ti／n型6H－SiC（0001）接觸勢壘影響的研究

劉衍芳

（合肥工業大學 分析測試中心，安徽 合肥 230009）

0 引 言

碳化硅具有寬帶隙、高飽和電子遷移率等優點，在抗腐蝕度、耐磨性和熱穩定性以及晶體的多樣性等方面性能良好，使其在高溫、高頻、大功率、抗輻射的微電子及光電子器件方面有著巨大的應用潛力［1］。電子器件的性能在很大程度上受到金屬－半導體接觸的影響，在理想清潔的半導體表面沉積一層清潔的純金屬薄膜，形成緊密的接觸，是理想的金屬－半導體（M／S）接觸。但實際情況下，金屬不可能絕對純凈，半導體表面也不是完全理想的表面。半導體的晶型、摻雜情況、表面的重構以及金屬的功函數等因素都會影響金屬／半導體界面的性質［2－10］，由于具體情況不同，M／S 接觸有不同的電流電壓特性，主要有2類：

（1）Schottky勢壘接觸。該類接觸有整流效應，可以制作肖特基勢壘二極管。此類二極管正向導通門限電壓和正向壓降都比PN結二極管低（約低0.2V），而且開關速度非常快，開關損耗也特別小，尤其適合于高頻應用。

（2）歐姆接觸。歐姆接觸不產生明顯的附加阻抗，可以減少接觸點的電能損耗，也不會使半導體內部的平衡載流子濃度發生顯著的改變。

由于Al的性質非常活潑，功函數較小，因此本文主要研究了Al界面層對Ti／n型6H－SiC（0001）接觸勢壘的影響。

1 實 驗

SiC襯底材料是從TANKEBLUE公司購買的n型6H－SiC（0001），厚度為0.43mm，飽和漂移速度為2×105m／s，帶隙為3.02eV，電子遷移率為400cm2／（V·s）。先將SiC放入10%的氫氟酸中浸泡5min以除去SiC表面的氧化層，再用去離子水沖洗，然后依次用丙酮清洗15min、酒精清洗10min，放入掃描電鏡室進行EBSD測試，取出迅速放入磁控濺射室鍍Ti，鍍Ti的條件為：裝置的本底真空為9×10－5Pa，功率為120W，氬氣流量為30mL／min，時間為0.5h。

另取一片SiC晶片，采用與以上同樣的方法處理，然后放入磁控濺射室中進行Al、Ti共濺射，Al、Ti的濺射功率均為120W，氬氣流量為30mL／min，時間為0.5h。將鍍Ti的SiC晶片傳入光電子能譜測試室進行氬離子刻蝕和XPS測試，該測試在國家同步輻射實驗室光電子能譜實驗站進行，實驗站包括進樣室、生長室和測試室，本底真空好于5×10－8Pa，開始時氬離子刻蝕的離子流約為23μA，每次刻蝕30min，每刻蝕一次測一次XPS圖，刻蝕7次時出現Si的2p峰，說明已經到達界面處，此時將離子流降到2.3μA，每次刻蝕5min，直至無Ti測出為止。

另將鍍Ti、Al的SiC晶片傳入光電子能譜測試室進行氬離子刻蝕和XPS測試，此測試在合肥工業大學分析測試中心的X射線光電子能譜儀進行，能譜儀型號為ESCALAB250Xi，能譜儀包括進樣室和測試室，本底真空好于5×10－8Pa，氬離子刻蝕的離子流約為6.2μA，每次刻蝕5min，每刻蝕一次測一次XPS圖，刻蝕8次時出現Si的2p峰，說明已經到達界面處，此時將離子流降到2.3μA，每次刻蝕0.5min，直至無 Ti測出為止。由于該能譜儀上的Ar離子槍與同步輻射實驗室的不同，此離子槍是小面積的，因此刻蝕速率要比大面積的快得多。

2 結果與討論

6H－SiC的菊池花樣如圖1所示，EBSD要求樣品表面非常干凈平整且無應變，由圖1可以看出，SiC表面非常干凈、平整。

圖1 6H－SiC的菊池花樣

EBSD測得6H－SiC的極圖如圖2所示，從圖2可看到很好的六方結構的衍射花樣，有較好的取向性。

圖2 6H－SiC的極圖

Ti／n型6H－SiC（0001）不同刻蝕時間C1s的XPS圖如圖3所示。

圖3 Ti／型6H－n型SiC（0001）不同刻蝕時間C1s的XPS

Ti／n－型6H－SiC（0001）接觸的勢壘高度可以采用文獻［5］提出的方法來計算，具體為：

其中，Eg為n型6H－SiC的帶隙，為3.02eV；Efi為界面處的費米能級，其表達式為：

其中，EC1s為沉積金屬后SiC中C1s結合能；（EC1s′－Ev）為干凈的SiC中C1s結合能到價帶頂的值，此值為281.26eV。

從圖3可以得出，刻蝕時間為245min時，SiC的C1s的結合能為283.39eV，從而得出Efi為2.13eV，肖特基勢壘高度為0.89eV。

XPS測得的 Ti（Al）／型6H－n型 SiC（0001）表面的Ti、Al峰的信息見表1所列，從表1可以看出，濺射的Ti、Al的相對原子百分數依次為52.53%和47.47%。

表1 Ti（Al）／n型6H－SiC（0001）表面的 Ti、Al峰的信息

Ti（Al）／n型6H－SiC（0001）不同刻蝕時間C1s的XPS圖如圖4所示，由于合肥工業大學的X射線光電子能譜儀配有磁透鏡，因此信號要比同步輻射實驗室無磁透鏡要強，但對XPS峰位沒有影響，Ti（Al）／n型6H－SiC（0001）接觸的勢壘高度也采用文獻［5］提出的方法來計算，具體與Ti／n型6H－SiC（0001）的相同。從圖4可以得出，刻蝕時間為41min時的SiC的C1s的結合能為283.57eV，從而得出Efi為2.31eV，肖特基勢壘高度為0.71eV。

圖4 Ti（Al）／n型6H－SiC（0001）不同刻蝕時間C1s的XPS

該結果表明，相對原子百分數為47.47%的Al的存在，降低了Ti／n型6H－SiC（0001）接觸界面的勢壘高度，形成了更好的歐姆接觸，這可能是由于Al較活潑，接觸后Al表面電子向SiC轉移，從而導致勢壘高度降低。

3 結 論

由XPS測得的 Ti／n型6H－SiC（0001）和 Ti（Al）／n型6H－SiC（0001）的肖特基勢壘高度分別為0.89eV和0.71eV。結果表明，界面處摻入Al可以降低 Ti／n型6H－SiC（0001）的肖特基勢壘高度，形成更好的歐姆接觸。

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