晶格匹配InAlN/GaN異質(zhì)結(jié)Ti/Al/Ni/Au歐姆接觸的溫度依賴特性
發(fā)布時(shí)間：2021-10-08 08:16
在硅襯底晶格匹配In0.17Al0.83N/GaN異質(zhì)結(jié)外延片上制備了Ti/Al/Ni/Au歐姆接觸傳輸線模型測(cè)試結(jié)構(gòu),通過(guò)測(cè)試變溫電流-電壓特性研究方塊電阻(Rsh)和比接觸電阻率(ρsc)的溫度依賴特性.結(jié)果表明:（1）溝道層的Rsh對(duì)溫度呈指數(shù)依賴關(guān)系,冪指數(shù)約-2.61,主要由高溫下半導(dǎo)體的晶格散射機(jī)制決定;（2）300523 K的變溫范圍內(nèi),ρsc隨溫度上升呈先增大后減小的趨勢(shì);當(dāng)溫度低于350 K時(shí),ρsc的溫度依賴關(guān)系主要由TiN合金的類金屬特性決定;而在更高的溫度下,熱場(chǎng)發(fā)射機(jī)制將逐漸占主導(dǎo).基于以上2種模型的并聯(lián)形式對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行了擬合,并分析了提取的重要物理參數(shù).
【文章來(lái)源】：科學(xué)通報(bào). 2016,61(10)北大核心EICSCD
【文章頁(yè)數(shù)】：5 頁(yè)
【部分圖文】：
(網(wǎng)絡(luò)版彩色)(a)InAlN/GaN異質(zhì)結(jié)Ti/Al/Ni/Au歐姆接觸的截面
朔獎(jiǎng)?探針測(cè)試,在歐姆接觸表面電鍍2m的Au層進(jìn)行電極加厚.圖1(a)和(b)分別為制備的器件結(jié)構(gòu)截面示意圖和TLM測(cè)試結(jié)構(gòu)平面照片,相鄰電極之間的距離d依次為3,4,8,16和90m.利用Keithley4200半導(dǎo)體參數(shù)分析儀和MAC3C變溫測(cè)試儀進(jìn)行T-I-V測(cè)試,變圖1(網(wǎng)絡(luò)版彩色)(a)InAlN/GaN異質(zhì)結(jié)Ti/Al/Ni/Au歐姆接觸的截面示意圖;(b)TLM測(cè)試結(jié)構(gòu)的平面照片F(xiàn)igure1(Coloronline)(a)SchematiccrosssectionofInAlN/GaNheterostructurewithTi/Al/Ni/Auohmiccontact;(b)planarimageofTLMmeasurementstructure溫范圍為300~523K.2結(jié)果與討論圖2(a)為TLM測(cè)試結(jié)構(gòu)的室溫I-V特性曲線,不同電極間距樣品均表現(xiàn)出良好的歐姆特性,并且間距越大,對(duì)應(yīng)的斜率越小,即電阻越大.一般情況下,相鄰電極間的總電阻RT由金-半界面的接觸電阻RC和材料的體電阻RB兩部分組成,shshTCBT22,RRRRRLdWW(1)式中,TcsshLR為傳輸長(zhǎng)度.在均勻摻雜情況下作RT-d圖應(yīng)得到1條直線,通過(guò)斜率可求得Rsh,d=0時(shí)的截距可求得cs.圖2(b)為不同溫度下RT隨d的變化情況,呈現(xiàn)明顯的線性關(guān)系,且斜率(即Rsh/W)隨溫度升高而增加.圖3(a)顯示了通過(guò)線性擬合獲得的Rsh隨溫度的變化關(guān)系.對(duì)于異質(zhì)結(jié)半導(dǎo)體,Rsh=1/qnn2DEG,其中,n為2DEG遷移率,n2DEG為2DEG面密度.因此,In-AlN/GaN異質(zhì)結(jié)Rsh的溫度依賴特性可能由n和n2DEG2圖2(網(wǎng)絡(luò)版彩色)(a)TLM測(cè)試結(jié)構(gòu)的室溫I-V特性曲線;(b)不同溫度下RT與d的關(guān)系Figure2(Coloronline)(a)I-VcharacteristicsofTLMmeasurementstructuresatroomtemperature;(b)RTasafunctionofdatdifferenttemperatures
2016年4月第61卷第10期1132圖3(網(wǎng)絡(luò)版彩色)(a)Rsh隨溫度的變化關(guān)系;(b)ln(1/Rsh)-lnT的線性擬合結(jié)果Figure3(Coloronline)(a)Rshasafunctionoftemperature;(b)thelinearfittingresultsofln(1/Rsh)andlnT個(gè)因素決定.值得指出的是,2DEG的形成主要與勢(shì)壘層內(nèi)的強(qiáng)極化效應(yīng)相關(guān),面密度是溫度的弱函數(shù),所以n對(duì)Rsh應(yīng)有較大影響.經(jīng)典理論表明,影響n的主要散射機(jī)制包括晶格散射和雜質(zhì)散射.對(duì)于電離雜質(zhì)較多的半導(dǎo)體,低溫時(shí)晶格原子的熱振動(dòng)動(dòng)能較低,對(duì)載流子的散射作用較弱,雜質(zhì)散射(庫(kù)倫力作用)效應(yīng)起主要作用;而在高溫時(shí),載流子熱運(yùn)動(dòng)速度加快,在雜質(zhì)原子附近停留時(shí)間變短,雜質(zhì)散射作用減弱,而晶格原子的熱振動(dòng)劇烈,因此晶格散射作用更顯著.在本文的溫度范圍內(nèi),影響n的主要散射機(jī)構(gòu)應(yīng)為晶格散射,Rsh滿足以下關(guān)系[8]:0shsh0,TRRT(2)式中,Rsh0是Rsh在T0=300K下的值(406/),是冪指數(shù).式(2)可變換為shln(1R)lnT,(3)式中,為常數(shù).晶格散射機(jī)制占主導(dǎo)時(shí),ln(1/Rsh)與lnT應(yīng)呈線性關(guān)系,斜率為.圖3(b)給出了實(shí)驗(yàn)獲得的ln(1/Rsh)-lnT關(guān)系及其擬合結(jié)果,可以看出,它們遵循很好的線性關(guān)系.擬合得到=2.56,明顯小于已報(bào)道的藍(lán)寶石襯底器件的1.57[6],表明硅襯底上的Rsh有更強(qiáng)的溫度依賴性.相對(duì)于藍(lán)寶石襯底,硅襯底上的GaN外延層具有較大的位錯(cuò)密度[9],對(duì)溝道電子遷移率的溫度效應(yīng)有更顯著的影響.圖4為比接觸電阻率sc隨溫度的變化關(guān)系.其中,常溫300K下的sc=3.40×104cm2,接近于Kim等人[6]在InAlN/GaN體系中得到的最低sc(5.2810–4cm2).結(jié)果表明,溫度從300K升至523K的過(guò)程中,sc呈現(xiàn)先增大后減?
本文編號(hào)：3423778
【文章來(lái)源】：科學(xué)通報(bào). 2016,61(10)北大核心EICSCD
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(網(wǎng)絡(luò)版彩色)(a)InAlN/GaN異質(zhì)結(jié)Ti/Al/Ni/Au歐姆接觸的截面
朔獎(jiǎng)?探針測(cè)試,在歐姆接觸表面電鍍2m的Au層進(jìn)行電極加厚.圖1(a)和(b)分別為制備的器件結(jié)構(gòu)截面示意圖和TLM測(cè)試結(jié)構(gòu)平面照片,相鄰電極之間的距離d依次為3,4,8,16和90m.利用Keithley4200半導(dǎo)體參數(shù)分析儀和MAC3C變溫測(cè)試儀進(jìn)行T-I-V測(cè)試,變圖1(網(wǎng)絡(luò)版彩色)(a)InAlN/GaN異質(zhì)結(jié)Ti/Al/Ni/Au歐姆接觸的截面示意圖;(b)TLM測(cè)試結(jié)構(gòu)的平面照片F(xiàn)igure1(Coloronline)(a)SchematiccrosssectionofInAlN/GaNheterostructurewithTi/Al/Ni/Auohmiccontact;(b)planarimageofTLMmeasurementstructure溫范圍為300~523K.2結(jié)果與討論圖2(a)為TLM測(cè)試結(jié)構(gòu)的室溫I-V特性曲線,不同電極間距樣品均表現(xiàn)出良好的歐姆特性,并且間距越大,對(duì)應(yīng)的斜率越小,即電阻越大.一般情況下,相鄰電極間的總電阻RT由金-半界面的接觸電阻RC和材料的體電阻RB兩部分組成,shshTCBT22,RRRRRLdWW(1)式中,TcsshLR為傳輸長(zhǎng)度.在均勻摻雜情況下作RT-d圖應(yīng)得到1條直線,通過(guò)斜率可求得Rsh,d=0時(shí)的截距可求得cs.圖2(b)為不同溫度下RT隨d的變化情況,呈現(xiàn)明顯的線性關(guān)系,且斜率(即Rsh/W)隨溫度升高而增加.圖3(a)顯示了通過(guò)線性擬合獲得的Rsh隨溫度的變化關(guān)系.對(duì)于異質(zhì)結(jié)半導(dǎo)體,Rsh=1/qnn2DEG,其中,n為2DEG遷移率,n2DEG為2DEG面密度.因此,In-AlN/GaN異質(zhì)結(jié)Rsh的溫度依賴特性可能由n和n2DEG2圖2(網(wǎng)絡(luò)版彩色)(a)TLM測(cè)試結(jié)構(gòu)的室溫I-V特性曲線;(b)不同溫度下RT與d的關(guān)系Figure2(Coloronline)(a)I-VcharacteristicsofTLMmeasurementstructuresatroomtemperature;(b)RTasafunctionofdatdifferenttemperatures
2016年4月第61卷第10期1132圖3(網(wǎng)絡(luò)版彩色)(a)Rsh隨溫度的變化關(guān)系;(b)ln(1/Rsh)-lnT的線性擬合結(jié)果Figure3(Coloronline)(a)Rshasafunctionoftemperature;(b)thelinearfittingresultsofln(1/Rsh)andlnT個(gè)因素決定.值得指出的是,2DEG的形成主要與勢(shì)壘層內(nèi)的強(qiáng)極化效應(yīng)相關(guān),面密度是溫度的弱函數(shù),所以n對(duì)Rsh應(yīng)有較大影響.經(jīng)典理論表明,影響n的主要散射機(jī)制包括晶格散射和雜質(zhì)散射.對(duì)于電離雜質(zhì)較多的半導(dǎo)體,低溫時(shí)晶格原子的熱振動(dòng)動(dòng)能較低,對(duì)載流子的散射作用較弱,雜質(zhì)散射(庫(kù)倫力作用)效應(yīng)起主要作用;而在高溫時(shí),載流子熱運(yùn)動(dòng)速度加快,在雜質(zhì)原子附近停留時(shí)間變短,雜質(zhì)散射作用減弱,而晶格原子的熱振動(dòng)劇烈,因此晶格散射作用更顯著.在本文的溫度范圍內(nèi),影響n的主要散射機(jī)構(gòu)應(yīng)為晶格散射,Rsh滿足以下關(guān)系[8]:0shsh0,TRRT(2)式中,Rsh0是Rsh在T0=300K下的值(406/),是冪指數(shù).式(2)可變換為shln(1R)lnT,(3)式中,為常數(shù).晶格散射機(jī)制占主導(dǎo)時(shí),ln(1/Rsh)與lnT應(yīng)呈線性關(guān)系,斜率為.圖3(b)給出了實(shí)驗(yàn)獲得的ln(1/Rsh)-lnT關(guān)系及其擬合結(jié)果,可以看出,它們遵循很好的線性關(guān)系.擬合得到=2.56,明顯小于已報(bào)道的藍(lán)寶石襯底器件的1.57[6],表明硅襯底上的Rsh有更強(qiáng)的溫度依賴性.相對(duì)于藍(lán)寶石襯底,硅襯底上的GaN外延層具有較大的位錯(cuò)密度[9],對(duì)溝道電子遷移率的溫度效應(yīng)有更顯著的影響.圖4為比接觸電阻率sc隨溫度的變化關(guān)系.其中,常溫300K下的sc=3.40×104cm2,接近于Kim等人[6]在InAlN/GaN體系中得到的最低sc(5.2810–4cm2).結(jié)果表明,溫度從300K升至523K的過(guò)程中,sc呈現(xiàn)先增大后減?
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