CC BY
27
Водьтамперные характеристики контактов.
УДК 541.135:669.23
В.А. Батенков, Л. В. Фомина
ВОЛЬТАМПЕРНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ КОНТАКТОВ ЭЛЕКТРООСАВДЁННЫЙ
иридий/арсенид галлия п-типа
Основными элементами полупроводниковых устройств являются выпрямляющие и не-выпрямляющие переходы, которые создаются главньш образом с помощью контактов металл-полупроводник. Теоретические и экспериментальные исследования таких контактов показывают, что их электрические параметры зависят от свойств промежуточного слоя на границе раздела металл-полупроводник, образующегося в результате структурной и химической перестройки поверхностного слоя полупроводника и образования переходной области между металлом и полупроводником. Состав промежуточного слоя зависит от условий обработки поверхности полупроводника и нанесения контакта.
В производстве быстродействующих темпе-ратуростабильных полупроводниковых устройств все более широкое применение находит арсенид галлия, благодаря удачному сочетанию в нем широкой запрещенной зоны, малой эффективной массы и высокой подвижности электронов. В качестве контактного металла к нему особый интерес представляет иридий, тугоплавкий, индифферентный, электроположительный металл. Эти свойства иридия и что важно, его коэффициент линейного расширения, близкий к параметрам арсенида галлия, позволяют предполагать высокую стабильность работы устройств, созданных на основе контактов иридий-арсенид галлия, при резких изменениях температуры.
В данной работе изучалось влияние на водьтамперные характеристики (ВАХ) контактов электроосаждённый иридий-арсенид галлия п-типа предварительной обработки поверхности полупроводника и плотности тока электроосаждения иридия, а также температурной обработки диодов. Иридий толщиной 0,3 - 0,5 мкм электроосаждался на арсенид галлия (п = 2 • 10 см-, ориентация [111]А) из электролита состава 7 г/л иридия и 50 г/л сульфа- миновой кислоты с температурой 60 ± 3 °С при разных плотностях тока и времени.
Перед электроосаждением иридия на травленной поверхности арсенида галлия сначала с помощью химически стойкого лака изготавливались окна площадью около 1 мм2. Они в течение 1 мин освежались в 1 моль/л растворе серной кислоты и промывались горячей бидис-тиллированной водой. Затем полупроводниковый электрод или сразу помещали в электролит под током (обработка 1), или окна дополнительно обрабатывали 3 мин в концентрированной перекиси водорода, промывались в горячем бидистилляте и электрод тоже сразу вносился в электролит под током (обработка 2), или электрод предварительно 10 мин вы
держивался в 8 моль/л растворе перекиси водорода, сушился под инфракрасной лампой 10-15 минут (обработка 3). Предполагалось, что 2-й и 3-й варианты обработки увеличат оксидный слой на поверхности полупроводника. После
электроосаждения электрод тщательно промывался и сушился.
ВАХ изготовленных диодных структур получались в координатах 1§ьИ на специальной установке, которая позволяла измерять токи в пределах 10'—10*2 А. Измерения ВАХ проводились на 5-9 диодных структурах одного полупроводникового образца. Влияние на электрофизические параметры контактов, полученных при разной предварительной обработке и разных плотностях тока, показано в таблице 1, а влияние температурной обработки - в таблице 2.
Сопоставляя полученные данные, можно сделать вывод, что изменение плотности тока от 50 до 70 тА/см2 и обработка ваЛ8 в концентрированной перекиси водорода с последующим промыванием в воде не приводит к значительному изменению электрофизических параметров контактов 1г/ОаЛ8 п-типа. Это можно объяснить растворением оксидов, образующихся на поверхности полупроводника, при промывании в воде.
Как следует из полученных результатов, контакты 1г/ОаЛ8 п-типа, изготовленные электроосаждением иридия из сульфаматного электролита, имеют высокие значения коэффициентов неидеальности (см. таб. 1). Причиной этого, очевидно, является нарушение (частичное растворение) тонкой пассивной пленки на поверхности полупроводника в сильно кислой среде при катодной поляризации, что ведет к омическим токам утечки. Такое заключение согласуется с результатами температурной обработки диодных структур при сравнительно невысокой температуре (220 °С), предварительной обработки ваЛ8 в перекиси водорода с последующей сушкой на воздухе, которые приводят к уменьшению коэффициента неидеальности и увеличению высоты барьера до значений, которые имеют контакты, полученные нанесением других металлов на арсенид галлия.
По-видимому, обработка контактов на воздухе при повышенной температуре и предварительное окисление ваЛ8 в перекиси водорода и на воздухе приводят к доокислению и пассивации депассивированных участков, что увеличивает значения высоты барьера и уменьшает наклон кривых.
химия
Таблица 1
Влияние на параметры контактов Тг/СаАэ п-типа предварительной обработки и плотности тока
^ мА/см2 Р Фб, эВ
1. Предварител 100 75 65 60 55 50 2. Дополнительная 65 60 55 3. Обработка в 65 ьная промывка ваЛ8 в сер 1.5 ±0.1 1.4 ±0.1 1.6 ±0.2 1.5 ±0.2 1.2 ±0.2 1.5 ±0.1 обработка ваЛ8 в перекис 1.4 ±0.2 1.5 ±0.2 1.7 ±0.2 аЛ8 в Н2О2 с последующей 1.1 ±0.1 >ной кислоте и воде 0.85 ± 0.09 1.00 ±0.02 0.92 ± 0.09 1.02 ±0.08 1.05 ±0.09 1.0 ±0.1 и водорода 0.96 ± 0.04 0.96 ± 0.08 0.91 ±0.08 \ сушкой на воздухе 1.6 ±0.02
Таблица 2
Влияние на параметры контактов Тг/СаАэ п-типа их температурной обработки на воздухе при 220 °С
^ мА/см2 65 60
Время Р Р
обработки, Фб, эВ Фб, эВ
мин
0 1.8 ±0.5 0.9 ±0.2 1.8 ±0.5 0.93 ±0.02
10 1.4 ± 0.1 0.91 ±0.05 1.4 ± 0.1 0.97 ±0.05
50 1.3 ±0.4 0.92 ±0.06 1.3 ± 0.1 0.97 ± 0.04
165 1.2 ±0.2 0.93 ±0.05 1.1 ±0.1 0.97 ±0.04
375 1.2 ± 0.1 0.95 ±0.02 1.1 ±01 0.97 ± 0.06
