Электрические свойства неоднородных контактов Al+/Al-nSi диодов Шоттки

Актуальность темы

Диоды с барьером Шоттки /ДШ/ и другие приборы контакта металл-полупроводник /КМП/ широко применяются в микроэлектронике и полупроводниковой технике. Потребность к применению ДШ связана с тем, что они имеют ряд преимуществ над другимиполупроводниковыми диодами /например, технологичность изготовления, универсальность, надёжность. быстродействие, низкое значение употребляемой мощности и т. д./.

Начиная с 60-х годов, когда изучение ДШ получило новый толчок, достигнуты значительные успехи. На основе однородной модели разработана физика однородного КМП. Однако, за последнее десятилетие обнаружен и установлен ряд экспериментальных фактов и результатов, которые физика однородного КМП не в состоянии объяснить. Например:

— вольтамперные характеристики /ВАХ/ в прямом и обратном направлениях иногда имеют области и изломы, не характерные для однородного контакта,

— плотность тока насыщения, высота барьера, напряжение пробоя зависят от площади контакта,

— омическое и диодное поведения контакта непредсказуемы, -зависимость ?nP/sT*)-f (VT) ПРИ низких температурах нелинейна, — d ^-/dif" в зависимости от напряжения имеет ряд пиков.

В связи с этим в последние годы началось развитие другого направления — физики неоднородного контакта, так как граница раздела /ГР/ КМП имеет ряд источников неоднородности, без учёта которых трудно понять все закономерности КМП. Этими источниками являются следующие: а/ неоднородность ГР, обусловленная поликристаллической структурой плёнки металла, б/поверхностная неоднородность полупроводника, в/физико-химический источник неоднородности /взаимная диффузия и реакция/, г/периферийная неоднородность.

В настоящей работе сделана попытка установить связь между имеющимися проблемами физики контакта и неоднородностью ГР. Цель работы и основные задачи.исследования.

Целью настоящей работы являлось исследование электрофизических свойств (Ж*

— экспериментальное исследование зависимости основных параметров /плотности тока. высоты барьера, коэффициента неидеальности и напряжения пробоя/ от площади контакта, -изучение зависимости основных параметров от толщины плёнки, металла,

— изучение природы деградации БАХ ДШ,

— исследование влияния внешних факторов на основные параметры ДШ,

— разработка физики неоднородного КМП.

Научная новизна работы состоит в следующем:

— установлены размерные зависимости для основных параметров iJt +

— деградация ВАХ (М+

— изучено влияние термоотжига на свойства нормального и деградированного ДШ. Показано, что площадь эпитаксиального слоя, который рекристаллизируется из твёрдой фазы, зависит от толщины плёнки, -выяснена особенность протекающего тока через неоднородный КМП, Предложено в качестве критерия однородности использовать отношение Дф/кт .

Практическая ценность заключается в том, что: -установлены размерные зависимости для основных параметров ДШ как от площади КМП, так и от толщины плёнки металла, что позволяет варьировать значение этих параметров в широком диапазоне, -разработана методика моделирования деградации ВАХ, изучения площади рекристаллизированного слоя,

— предложен конструктивно-технологический способ изготовления ДШ с почти идеальными характеристиками.

Апробация работы. Материалы диссертационной работы докладывались на Республиканской НТК в ноябре 1983 г. в Минске, УI Республиканской научной конференции аспирантов ВУЗов Азербайджана в ноябре 1983 г. научно-практической конференции университетская наука производству 25−27 апреля 1984 г. Публикации. По результатам проведённых исследований опубликовано 7 научных работ.

Объём работы. Диссертация состоит из введения, четырёх глав, заключения, списка литературы и содержит 126 страниц машинописного текста, в том числе 42 рисунка, 9 таблиц.

Результаты физических исследований контакта металл-полупровод ник, изложенные в данной работе, показывают: •во-первых, параметры (Jtt +)/M-flSi диодов Шоттки зависят как от площади, так и от толщины плёнки барьерного слоя металла. Это позволяет варьировать высотой барьера, изменяя геометрические па раметры контакта- •во-вторых, установленные зависимости убедительно показывают не состоятельность однородной модели Шоттки. Для описания свойств реального контакта предложена неоднородная модель Шоттки, соглас, но которой контакт рассматривается как параллельное соединение многочисленных диодов, имеющих различные параметры- •в-третьих, изучение границы раздела оптическим микроскопом, пока зало, что на поверхности матрицы /2 — Si. присутствует слой р-кремния, который является результатом твердофазной эпитаксии, Площадь р-слоя оценена методом Монте-Карло и показано, что она растёт с ростом толщины барьерного слоя. В качестве критерия од нородности /или неоднородности/ предложено использовать отноше ние^Ф /кТ- •в-четвёртых, изучение влияния одноосного давления на свойства ДШ показывает, что возможной причиной деградации ВАХ является при сутствие омического контакта среди К Ш .С помощью температурной зависимости ДШ доказали, что изученные диоды имеют неоднородный контакт. Кроме этого, экспериментальные результаты показывают, что параметры ДШ очень чувствительны к тер моотжигу. В заключение отметим, что изготовление ДШ с однородной границей раздела является трудной задачей. Для этого нужно избавиться от

вышеперечисленных источников неоднородностей. Напыляя на поверхность полупроводника либо монокристаллическую, либо аморфную плёнку металла, можно ослабить влияние неоднородно сти, связанной с поликристалличностью плёнки металла. Применяя ох ранное кольцо или контакт с большой площадью, можно свести к миниг ь^му роль периферийной неоднородности. Подбирая коэффициент диф фузии и реакционноспособность контактирующих материалов, можно бороться с физико-химическим источником неоднородности ГР. Таким образом, можно заключить, что диод с лучшими свойствами можно изготовить по схеме:" порядок-порядок", т. е. на поверхность монокристаллической подложки напылять монокристаллическую плёнку металла. Можно ожидать, что схема «беспорядок-беспорядок» /аморф ный полупроводник-аморфный металл/ тоже должна дать лучший ре зультат. Таким образом, результаты этой работы могут быть использованы при изготовлении как интегральных микросхем с применением полу проводниковых приборов с барьером Шоттки, так и дискретных полу проводниковых приборов на основе КМП.