Моделирование электрофизических параметров контактов металл/карбид кремния

Секция технологии микроэлектронной и наноэлектронной аппаратуры

УДК 621.382.132

О.А. Агеев

МОДЕЛИРОВАНИЕ ЭЛЕКТРОФИЗИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ КОНТАКТОВ МЕТАЛЛ/КАРБИД КРЕМНИЯ

Развитие технологии изготовления приборов экстремальной электроники сопровождается необходимостью решения комплексных физико-технологических проблем и связано с непрерывным поиском новых подходов и технологических решений, привлечением перспективных методов формирования и модификации свойств и параметров структур [1, 2]. Одной из проблем, сдерживающих развитие технологии приборов экстремальной электроники, является формирование контактов металл/полупроводник с заданными электрофизическими параметрами и высокой стабильностью [1, 2].

К настоящему времени основные положения теории контактов ме-

/

экспериментальными исследованиями [3, 4]. Однако в [5] отмечается, что экспериментальной базой для обобщений в этих работах служили в основном данные, полученные для контактов металл/кремний. Развитие современной полупроводниковой электроники (особенно экстремальной и СВЧ-электроники, оптоэлектроники и микроэлектронной сенсорики) требует использования бинарных полупроводниковых материалов [1, 2, 5]. При этом специфика физико-химических свойств бинарных полупроводников требует не только отказа от многих технологических методов и режимов формирования контактов кремниевой микроэлектроники, но и уточнения теоретических положений [5, 6].

Эта необходимость подтверждается экспериментальными исследованиями,

, ,

диффузии и взаимодействия химических элементов, сопровождающиеся образованием новых соединений, оказывают определяющее влияние на электрические параметры и стабильность контактов металл/бинарный полупроводник [5, 7]. Кроме

, ,

легирования подложки материалом контакта, разупорядочением структуры, нарушением стехиометрии и изменением фазового состава полупроводниковой под,

[5-7]. В отсутствие термообработки и связанных с ней межфазных взаимодействий на электрические параметры контактов металл/бинарный полупроводник оказывают влияние методы и режимы нанесения металла, способы очистки подложки, а

также пассивация поверхности полупроводника [5, 8].

, ,

, -

ские параметры контактов металл/8Ю [1, 2, 9 - 12].

Целью данной работы является разработка адекватной модели, позволяющей определять параметры контактов металл/карбид кремния с учетом как электрофизических свойств границы раздела, так и специфики свойств карбида кремния.

В работе [10] отмечается, что при определении электрофизических параметров контактов металл/SiC необходимо учитывать как снижение барьера Шотки (Фъ) силами изображения, так и параметры границы раздела (толщина, диэлектрическая проницаемость, энергия фиксации (pinning) уровня Ферми (Ф 0), плотность состояний (DS)). Кроме того, в [12] показана необходимость учета влияния электрофизических параметров легирующей и компенсирующей примесей на свойства

/SiC.

Свойства SiC кроме кристаллографических особенностей строения определяются возможностью занятия атомами примесей как кубических, так и гексагональных узлов решетки, при этом в запрещенной зоне формируется несколько мелких и глубоких уровней, энергия которых сильно различается [13]. Эффекты многозаряд-

ности справедливы как для основной легирующей, так и для компенсирующих при, , -

вышает 300 К, что сказывается на концентрации носителей заряда при комнатной температуре и общем характере ее температурной зависимости [12, 14].

На рис. 1 представлены полученные в [10, 12] зависимости высоты барьера Шотки от плотности состояний на границе раздела контактов Ni/n-6H-SiC, отражающие эффект закрепления уровня Ферми состояниями на границе раздела, имеющими различную энергию и влияние эффектов многозарядности примесей.

9 1.5

3 0.5 «

// v'f/ /Ту ll'/

---- J / // 1 2

МО10 МО11 1-Ю12 МО13 МО14 МО Плотность поверхностных состояний, см ~-эВ 1

15

Рис.1. Зависимости Фъ контакта Ni/n-6H-SiC от DS для различных значений Ф0: 1 - Eg/4; 2 - Eg/3; 1' - Eg/4 [10]; 2' - Eg/3 [10]

Сравнение показывает, что учет особенностей влияния эффекта многозарядности примесей на свойства карбида кремния позволяет уточнить зависимости, особенно в области низких значений плотности состояний, где происходит снятие закрепления уровня Ферми, и выполнение закономерностей предела Шотки [3, 4].

Удельное сопротивление (Яс) омических контактов металл/полупроводник определяется на основе классической модели [15, 16] с учетом термоэлектронной,

термоэлектронно-полевой и полевой эмиссии. В [17] эта модель представлена в , -

тях концентрации примеси где одновременно действуют два механизма токопро-.

Использование результатов расчета ФЬ=ЛВ3) позволяет рассчитать зависимости Яс контакте в металл/81С от концентрации легирующей примеси в подложке, с учетом плотности состояний на границе раздела контакта (рис. 2).

Полученные зависимости позволяют объяснить различия в эксперименталь-

, ,

.

Концентрация примеси, n/cm

Рис.2. Зависимости Rc контактов Ni/n-6H-SiC от концентрации принеси, для различной Ds, см2-эВ-1: 1 - 11010; 2 - 41011; 3 - 11012. • - данные [11]

Таким образом, разработанная комплексная математическая модель позволяет определять параметры выпрямляющих и омических контактов металл/карбид кремния с как учетом электрофизических свойств границы раздела, так и специфики свойств карбида кремния. Адекватность модели подтверждается сравнением результаты расчетов с экспериментальными данными.

Разработанная модель может быть использована при разработке технологических процессов экстремальной электроники.

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1. Лучинин В.В, Таиров ЮМ. // Известия вузов. Электроника. 1997. №1. С.10—37.

2. Лучииии В.В., Мальцев ПЛ., Маляков ЕЛ. // Микроэлектроника. 1999. №1. С.2-1-29.

3. Родерик Э.Х. Контакты металл-полупроводник. - М.: Радио и связь, 1982. -208 с.

4. Зи СМ. Физика полупроводниковых приборов. - М: Энергия, 1973. - 656 с.

5. Венгер Е.Ф., Конакова Р.В., Коротченков Г.С и др. Межфазные взаимодействия и механизмы деградации в структурах металл-InP и металл-GaAs. - Киев: Изд-во HAH Украины, 1999. - 230 с.

6. . ., . ., . . СБИС. - Минск: Высшая школа, 1989. - 238 с.

7. Holloway P.H., Kim T.J., Trexler J.T. et al// Appl. Surf. Sci. 117/118. 1997. P. 362.

8. Saiz-Pardo R., PerezR., Garcia-VidalF.J. et al// Surf. Sci. 426. 1999. P. 26.

9. . ., . ., . . . . // . 2001. T. 71. №5. C. 78-81.

10. Syrkin A.L., Andreev A.N., Lebedev A.A., Rastegaeva M.G., Chelnokov V.E. // Materials Sci. and Eng., B29. 1995. P. 198-201.

11. PorterL.M., DavisR.F. // Mat. Sci. Eng., B34. 1995. P. 83--105.

12. . . -. - : - , 2003. -128 .

13. . . // . 1999. . 33. . 2. . 129--155.

14. Persson C, Lindefelt U. // Mat. Sci. Forum 264-268. 1998. P. 275-278.

15. YuA.Y.C. // Solid-State Electronics. V. 13. P. 239. 1970.

16. Padovani F.A., Stratton R. // Solid-State Electronics. №9. 1966. P. 695.

17. Varahramyan K., Verret E.J. // Solid-State Electronics. V. 39. 1996. P. 1601.

УДК 661.665.1

H.H. Московченко, A.M. Светличный

ВЛИЯНИЕ РЕЖИМОВ ТРАВЛЕНИЯ НА МОРФОЛОГИЮ ПОВЕРХНОСТИ ПОРИСТОГО КАРБИДА КРЕМНИЯ

Карбид кремния является перспективным полупроводниковым материалом для высокотемпературной электроники. Ряд уникальных физических свойств кар-

(SiC), , ,

, ,

, -

менной твердотельной электронике.

Особый интерес вызывает исследование пористого карбида кремния, обладающего развитой поверхностью, которая может быть использована в качестве чувствительного элемента в газовых сенсорах.

В работе исследовалось влияние режимов анодного травления на морфологию поверхности низкоомного и высокоомного пористого SiC, изготовленного фирмой Bandgap Technologies. Травление проводилось в растворе HF: H2O:C2H5OH

(1:1:2) без подсветки и с подсветкой ультрафиолетовым светом при различной

.

, -

ются в направлении, перпендикулярном поверхности, и образуют в сечении раз.

,

.

Полученные результаты позволяют сделать следующие выводы:

♦ диаметр пор увеличивается с ростом плотности тока;

♦

пор и их размеры. При этом изменяется и сама их форма от окружностей до вытянутых эллипсов.

УДК 621.3.011.212:681.586.78

..

МОДЕЛЬ ДАТЧИКА ХОЛЛА ДЛЯ МАГНИТОУПРАВЛЯЕМЫХ АНАЛОГОВ НЕГАТРОНОВ

Использование датчиков Холла (ДХ) в качестве элементов, управляющих параметрами аналогов негатронов (АН), поставило на повестку дня вопрос о создании их корректной эквивалентной схемы замещения и метода измерения ее параметров. Предлагаемая схема замещения ДХ (рис.1), содержащая нелинейные со-( ), , (i ),