碳化硅(SiC)作為第三代半導(dǎo)體材料因其耐高溫、耐高壓等優(yōu)異的性能被視為未來發(fā)展適用于極端環(huán)境的器件中不可或缺的材料之一。金屬-半導(dǎo)體接觸質(zhì)量直接影響器件的應(yīng)用,其中在肖特基接觸存在的勢壘不均勻性問題阻礙相關(guān)器件如肖特基二極管的廣泛應(yīng)用。近年來,研究者分別從表面和界面來探究SiC肖特基勢壘不均勻機(jī)理并提出改善途徑。本論文通過從界面微觀角度研究Ni/SiC SBH不均勻性形成機(jī)理,并提出相應(yīng)的改善方案,主要研究成果如下:實(shí)驗(yàn)研究表明,沉積態(tài)Ni/4H-SiC SBD具有均勻的勢壘高度,但經(jīng)不同溫度退火后出現(xiàn)勢壘不均勻現(xiàn)象,尤其是600°C退火的SBD的勢壘不均勻最為明顯,高勢壘值和低勢壘值相差0.52 eV。去除肖特基接觸層后,掃描電子顯微鏡(SEM)和原子力顯微鏡(AFM)測試發(fā)現(xiàn),在SBD界面處部分區(qū)域出現(xiàn)橫向尺寸介于290 nm~540 nm之間、縱向(沿c軸)深度在24 nm~45 nm范圍內(nèi)的六邊形凹坑,說明界面反應(yīng)具有明顯的不均勻特征。導(dǎo)電原子力顯微鏡(CAFM)測試表明,和其它區(qū)域相比,六邊形凹坑處具有較低的勢壘高度。因此,Ni/SiC勢壘不均勻與不均勻的界面反應(yīng)有關(guān),這為改善勢壘不均勻性提供了理論指導(dǎo)�；趧輭静痪鶆蛐援a(chǎn)生的機(jī)理,分別采用W/Ni雙金屬層結(jié)構(gòu)和插層Si對Ni/SiC勢壘不均勻性進(jìn)行改善。研究發(fā)現(xiàn),二者均能有效提高Ni/SiC SBD的勢壘均勻性。通過SEM、AFM、透射電子顯微(TEM)和X-射線光電子譜(XPS)等表征手段,剖析了W和插層Si的作用:退火處理時,W(Si)與部分Ni相互擴(kuò)散(反應(yīng))降低了Ni與SiC的反應(yīng)程度,樣品表面和界面粗糙度均得到改善,因此這兩種方法均能消除Ni基SiC勢壘不均勻性,具有重要的應(yīng)用價值。
【學(xué)位單位】：上海師范大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位年份】：2019
【中圖分類】：TN304
【部分圖文】：

子技術(shù)對高溫、高頻、高壓及抗輻射器在物理和化學(xué)方面具有獨(dú)特的性質(zhì)，速度高（~Si 的 2.5 倍）、臨界擊穿電場導(dǎo)率高（~Si 的 3.3 倍或 GaAs 的 10 倍）用于高溫、大功率、紫外輻射較強(qiáng)等環(huán)境在大功率電子領(lǐng)域和航天、軍工等極端，彌補(bǔ)了傳統(tǒng)半導(dǎo)體器件在實(shí)際應(yīng)用中的硅（Si）材料肖特基二極管（SBD）相比度、較短的開關(guān)恢復(fù)時間、低功耗等優(yōu)點(diǎn)在實(shí)際中，發(fā)現(xiàn) SiC 肖特基二極管在制性差的問題，這與肖特基勢壘不均勻性有面，一方面在同一器件上的肖特基勢壘高示；另一方面，在中低溫度下肖特基勢6]，如圖 1-2 所示。近年來，有學(xué)者相繼改善肖特基勢壘不均勻性的途徑，本文

圖 1-2 不同溫度下的二極管的正向電流-電壓(I-V)特性曲線[6導(dǎo)體肖特基接觸表面沉積一層金屬，這便形成金屬/半導(dǎo)體（M/S）接例。當(dāng)金屬功函數(shù)（Wm）大于半導(dǎo)體功函數(shù)（Ws）金屬一側(cè)，導(dǎo)致半導(dǎo)體近表面處能帶發(fā)生彎曲，形成電阻，因此稱該金屬-半導(dǎo)體接觸為肖特基接觸。自現(xiàn)之后，有關(guān)金屬-半導(dǎo)體肖特基接觸無論是在理論們關(guān)注。1938 年 Schottky-Mott 模型首次闡述 M-S 接接觸研究的深入，相關(guān)專家提出不同的肖特基勢壘[8]、Cowley-Sze 模型[9]以及 Tung 模型[10]，使得肖特基善。另外 M/S 界面載流子的輸運(yùn)情況也影響著半導(dǎo)基接觸接觸載流子輸運(yùn)機(jī)制是器件的關(guān)鍵參數(shù)如肖想因子（n）、串聯(lián)電阻（Rs）等提取的重要依據(jù)。與

具體情況如圖 1-3（a）所示；金屬與半導(dǎo)體接觸后，當(dāng)金屬功函數(shù) Wm大于半導(dǎo)體功函數(shù) Ws，半導(dǎo)體一側(cè)的電子流向金屬，半導(dǎo)體近表面處帶正電荷，形成正空間電荷區(qū)產(chǎn)生勢壘；同時金屬近表面處不斷地積累負(fù)電荷，但是整個系統(tǒng)保持電中性。由于金屬與半導(dǎo)體存在電子輸運(yùn)，結(jié)果提高了半導(dǎo)體電勢，導(dǎo)致半導(dǎo)體近表面能帶發(fā)生彎曲；然而金屬一側(cè)變化較小可忽略，最后二者的費(fèi)米能級達(dá)到一致，如圖 1-3（b）所示。由該理論模型得到肖特基勢壘高度的表達(dá)式為： BmW0(1-1式中，Wm為金屬功函數(shù)， 為半導(dǎo)體電子結(jié)合能（ 4H-SiC= 3.24 eV）。顯然，在理想條件下，同一半導(dǎo)體材料的 M/S 肖特基勢壘高度僅僅與金屬功函數(shù)有關(guān)。Schottky-Mott 模型終究是理想模型，但在實(shí)際中肖特基勢壘高度對金屬的依賴性變得微弱，甚至與金屬功函數(shù)無關(guān)。J. R. Waldrop[15]曾報道在 n 型GaAs 和 p 型 GaAs 表面上分別沉積 Cu、Pd、Ag、Au、Al、Ti、Pb、Bi、Ni、Cr、Fe 等金屬（其金屬功函數(shù)依次增大）發(fā)現(xiàn)獲得的肖特基勢壘高度變化較小。以 n 型 GaAs 為例，其勢壘高度從 0.96 eV 變化到 0.72 eV，這表明在金屬/GaA界面上肖特基勢壘與金屬功函數(shù)之間的關(guān)系已經(jīng)不再簡單。

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本文編號：2814033