eng
Выпуск #9/2018
Слепцов Евгений Васильевич, Черных Алексей Владимирович, Черных Сергей Владимирович, Слепцова Анастасия Алексеевна, Кондратьев Евгений Сергеевич, Гладышева Надежда Борисовна, Дорофеев Алексей Анатольевич, Диденко Сергей Иванович
Исследование барьеров Шоттки на основе Ni/Au, Mo/Au и Re/Au к AlGaN/GaN гетероструктурам
Исследование барьеров Шоттки на основе Ni/Au, Mo/Au и Re/Au к AlGaN/GaN гетероструктурам
Просмотры: 2267
В настоящей работе проведено исследование влияния отжига в диапазоне температур от 300 до 650 °C на параметры барьера Шоттки и тока утечки контактов Шоттки Ni/Au, Mo/Au и Re/Au к гетероструктурам AlGaN/GaN.
УДК 621.382.032.27
DOI: 10.22184/1993-8578.2018.82.264.265
УДК 621.382.032.27
DOI: 10.22184/1993-8578.2018.82.264.265
Теги: defectiveness fault hot carriers ic metallization mos transistor reliability test structures барьер шоттки гетероструктура algan/gan термический отжиг токи утечки транзистор с высокой подвижностью электронов тугоплавкие металлы
Наиболее распространенными системами металлизации барьеров Шоттки являются системы на основе Ni (преимущественно Ni/Au), температурная стабильность которых ограничена 500 °C, о чем свидетельствуют различные исследования [1, 2]. Известно, что Au в составе металлизации ухудшает стабильность контакта, поэтому предпринимаются попытки использования других металлов в качестве контакта или исключения влияния Au. Для решения этой проблемы возможно использование промежуточного металла, как, например, в системах металлизации Ni/Mo/Au, Ni/Pt/Au и Ni/Ir/Au [3], или применение тугоплавких металлов, например, Mo [4] или Re [5].
Эпитаксиальные слои AlGaN/GaN выращивались на подложках сапфира толщиной 430 мкм методом МОГФЭ. Гетероструктура состояла из 25 нм слоя Al0.27Ga0.73N, 0,6 нм промежуточного слоя AlN и 2,5 мкм нелегированного буферного слоя GaN. Слоевое сопротивление, определенное вихретоковым методом, составило 295 Ом на квадрат. Слоевая концентрация электронов в двумерном электронном газе и подвижность электронов измерялись методом Холла при комнатной температуре и составили 1,13 · 1013 см−2 и 1890 см2/(В·с) соответственно.
Омические контакты на основе системы металлизации Mo/Al/Mo/Au [6] и исследуемые в работе барьеры Шоттки формировались методом электронно-лучевого распыления. Толщины слоев рассмотренных систем металлизации составляли 50 нм/300 нм. Отжиг проводился в атмосфере азота в течение 10 минут при различных температурах от 300 до 650 °C с шагом 50 °C. На рис. 1 изображены изготовленные тестовые барьеры Шоттки.
В процессе работы измерялись температурные зависимости вольт-амперных характеристик (ВАХ) и вольт-фарадные характеристики (ВФХ) изготовленных барьеров Шоттки до и после отжига. Методами тока насыщения и энергии активации определялись коэффициент неидеальности, высота потенциального барьера и эффективная постоянная Ричардсона. Из величин напряжения отсечки и емкости в области неполного обеднения двумерного электронного газа определялись слоевая концентрация и толщина барьерного слоя для контроля однородности эпитаксиальных слоев.
В результате работы показано улучшение параметров барьеров Шоттки на основе рассмотренных систем металлизации после проведения отжига. Проведение отжига при температурах выше 550 °C приводит к потере выпрямляющих свойств Ni/Au барьеров Шоттки, в то время как контакты на основе систем металлизации Re/Au и Mo/Au демонстрируют высокую температурную стойкость, причем первый контакт обладает лучшими параметрами при всех температурах отжига по сравнению с Mo и Ni. Следует отметить, что барьер Шоттки на основе Re показал лучшие параметры по сравнению с другими системами уже непосредственно после напыления. На рис. 2 показаны прямая и обратная ВАХ исследуемых контактов после напыления.
ЛИТЕРАТУРА
1. Ni and Ni Silicide Schottky Contacts on n-GaN / Liu Q. Z., Yu L. S., Deng F. et al. // Journal of Applied Physics. — 1998, Vol. 84, № 2, pp. 881–886.
2. Effects of Rapid Thermal Annealing on the Electrical Properties and the Strain of the AlGaN/AlN/GaN Heterostructure Field-effect Transistors with Ni/Au Gate Electrodes / Zhao J., Lin Z., Chen Q. e. a. //Applied Physics A. — 2015, Vol. 121. — I. 3, pp. 1271–1276.
3. Thermal Annealing Effects on Ni/Au Based Schottky Contacts on n-GaN and AlGaN/GaN with Insertion of High Work Function Metal / Miura N., Nanjo T., Suita M. et al. // Solid-State Electronics. — 2004, Vol. 48. — I. 5, pp. 689–695.
4. Ramesh C. K., Reddy V. R., Choi C.-J. Electrical Characteristics of Molybdenum Schottky Contacts on n-type GaN // Materials Science & Engineering B. — 2004, Vol. 112. — I. 1, pp. 30–33.
5. Thermal Stability of Rhenium Schottky Contacts on n-type AlxGa1–xN / Zhou L., Khan F. A., Cueva G. et al. // Applied Physics Letters. — 2002, Vol. 81. — № 9, pp. 1624–1626.
6. Омические контакты на основе системы металлизации Mo/Al/Mo/Au к гетероструктурам AlGaN/GaN / Кондаков М. Н., Черных С. В., Черных А. В. и др. // Микроэлектроника. — 2016. — Т. 45. — № 6.
Эпитаксиальные слои AlGaN/GaN выращивались на подложках сапфира толщиной 430 мкм методом МОГФЭ. Гетероструктура состояла из 25 нм слоя Al0.27Ga0.73N, 0,6 нм промежуточного слоя AlN и 2,5 мкм нелегированного буферного слоя GaN. Слоевое сопротивление, определенное вихретоковым методом, составило 295 Ом на квадрат. Слоевая концентрация электронов в двумерном электронном газе и подвижность электронов измерялись методом Холла при комнатной температуре и составили 1,13 · 1013 см−2 и 1890 см2/(В·с) соответственно.
Омические контакты на основе системы металлизации Mo/Al/Mo/Au [6] и исследуемые в работе барьеры Шоттки формировались методом электронно-лучевого распыления. Толщины слоев рассмотренных систем металлизации составляли 50 нм/300 нм. Отжиг проводился в атмосфере азота в течение 10 минут при различных температурах от 300 до 650 °C с шагом 50 °C. На рис. 1 изображены изготовленные тестовые барьеры Шоттки.
В процессе работы измерялись температурные зависимости вольт-амперных характеристик (ВАХ) и вольт-фарадные характеристики (ВФХ) изготовленных барьеров Шоттки до и после отжига. Методами тока насыщения и энергии активации определялись коэффициент неидеальности, высота потенциального барьера и эффективная постоянная Ричардсона. Из величин напряжения отсечки и емкости в области неполного обеднения двумерного электронного газа определялись слоевая концентрация и толщина барьерного слоя для контроля однородности эпитаксиальных слоев.
В результате работы показано улучшение параметров барьеров Шоттки на основе рассмотренных систем металлизации после проведения отжига. Проведение отжига при температурах выше 550 °C приводит к потере выпрямляющих свойств Ni/Au барьеров Шоттки, в то время как контакты на основе систем металлизации Re/Au и Mo/Au демонстрируют высокую температурную стойкость, причем первый контакт обладает лучшими параметрами при всех температурах отжига по сравнению с Mo и Ni. Следует отметить, что барьер Шоттки на основе Re показал лучшие параметры по сравнению с другими системами уже непосредственно после напыления. На рис. 2 показаны прямая и обратная ВАХ исследуемых контактов после напыления.
ЛИТЕРАТУРА
1. Ni and Ni Silicide Schottky Contacts on n-GaN / Liu Q. Z., Yu L. S., Deng F. et al. // Journal of Applied Physics. — 1998, Vol. 84, № 2, pp. 881–886.
2. Effects of Rapid Thermal Annealing on the Electrical Properties and the Strain of the AlGaN/AlN/GaN Heterostructure Field-effect Transistors with Ni/Au Gate Electrodes / Zhao J., Lin Z., Chen Q. e. a. //Applied Physics A. — 2015, Vol. 121. — I. 3, pp. 1271–1276.
3. Thermal Annealing Effects on Ni/Au Based Schottky Contacts on n-GaN and AlGaN/GaN with Insertion of High Work Function Metal / Miura N., Nanjo T., Suita M. et al. // Solid-State Electronics. — 2004, Vol. 48. — I. 5, pp. 689–695.
4. Ramesh C. K., Reddy V. R., Choi C.-J. Electrical Characteristics of Molybdenum Schottky Contacts on n-type GaN // Materials Science & Engineering B. — 2004, Vol. 112. — I. 1, pp. 30–33.
5. Thermal Stability of Rhenium Schottky Contacts on n-type AlxGa1–xN / Zhou L., Khan F. A., Cueva G. et al. // Applied Physics Letters. — 2002, Vol. 81. — № 9, pp. 1624–1626.
6. Омические контакты на основе системы металлизации Mo/Al/Mo/Au к гетероструктурам AlGaN/GaN / Кондаков М. Н., Черных С. В., Черных А. В. и др. // Микроэлектроника. — 2016. — Т. 45. — № 6.
Отзывы читателей
