GaAs tabanlı yarı iletken aygıtlar için düşük dirençli ohmik kontak yapılarının geliştirilmesi
Development of low resistance ohmic contact structures for GaAs based semiconductor devices
Yazar: KORAY KESER
Danışman: DOÇ. DR. MUSTAFA KULAKCI
Eskişehir Teknik Üniversitesi / Lisansüstü Eğitim Enstitüsü / Fizik Ana Bilim Dalı / Katıhal Fiziği Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2023
Konu: Fizik ve Fizik Mühendisliği = Physics and Physics Engineering
Dizin: Galyum arsenit = Gallium arsenide ; Omik kontak direnci = Omic contact resistance ; Yarı iletken düzenek = Semiconductor device ; Yaşlandırma = Ageing ; Öz direnç = Resistivity

Özet:
Ohmik kontaklar GaAs tabanlı yarı iletken aygıtların performansını etkileyen önemli bir bileşendir. Düşük dirençli ohmik kontaklar, aygıttan alınan verimi arttırarak, aygıtın kullanım ömrünün uzamasını sağlar. Üretilen bu kontakların direnç değerlerinin uygun metodla ölçülüp, termal yaşlandırması yapılarak, kontağın termal dayanıklılığının belirlenmesi; uygulanan metalizasyon yapısının geliştirilmesini sağlar.
Bu tez çalışmasında, epitaksiyel olarak büyütülmüş p-tipi katkılı GaAs örneklerine elektron demeti buharlaştırma yöntemi ile Ti/Pt/Au kaplanırken, n-tipi GaAs örneklerine AuGe/Ni/Au kaplaması yapıldı. Kontak yapılarının dirençleri TLM metoduyla ölçülerek, kontaklar yüksek sıcaklık fırınında termal yaşlandırmaya tabii tutuldu. P- ve n-tipi kontak için düşük spesifik kontak özdirenci değerleri 10-6 Ω.cm² mertebesinde elde edildi. Metalizasyon şemalarının test edilip geliştirilebilmesi için gerekli olan kontak yaşlandırması sonunda, p-tipi kontağın n-tipi kontaktan daha erken bozunduğu görüldü. Yapılan SEM ve EDS analizlerinde p-kontakta oksitlenmelerin oluştuğu, metallerin p-GaAs katmanına difüzyonla inerek yüksek dirençli fazlar oluşturduğu tespit edildi. N-kontakta ise metal-yarı iletken arayüzeyinde meydana gelen fazların akım iletimini olumsuz etkilediği sonucu çıkarıldı. 150 saat boyunca yapılan termal test ile belirlenen bozunma kriterine ulaşılmadığı için yaşlandırma adımlarına devam edilmesi gerekli görülmüştür.

Abstract:
Ohmic contacts are an important component that affects the performance of GaAs-based semiconductor devices. Formation of low resistance contacts increase both the efficiency and longevity of the device. Determining the thermal stability as well as degradation of the contacts by measuring the resistance values with an appropriate method is viable for the development of the reliable and efficient metallization structures.
In this thesis, using e-beam evaporation technique, Ti/Pt/Au and AuGe/Ni/Au were evaporated as an Ohmic contact structures for p- and n-type GaAs samples, respectively. Contact resistances of both fresh (un-aged) and thermally aged samples were measured using TLM method. Low specific contact resistivity values in the range of 10-6 Ω.cm² were obtained both for the p- and n-type contacts. The contacts were subjected to thermal aging in a high temperature furnace. Thermal aging studies revealed that, for the chosen contact structures, n-type contacts have much higher tolerance to the thermal aging compared to the p-type contact structures. From SEM and EDS measurements, oxidation and formation of high resistive phases due to metal diffusion to the p-GaAs layer were observed in the p-contacts. We came up with a conclusion that, different phases formations at the metal-semiconductor interface of the n-contacts has an adverse effect on the current conduction. However, we could get an efficient contacts having lowest contact resistance as well as with much enhanced aging tolerances. Moreover, using comparative aging tests we have observed that 150 hours of annealing at chosen aging temperature could not satisfy the contact degradation criteria.