Спосіб виготовлення контактів з бар’єром шотткі до gaas

Реферат: UA 119116 U UA 119116 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Корисна модель належить до мікроелектроніки, а саме до технології отримання дискретних приладів й інтегральних схем на основі напівпровідникових з'єднань А3В5. Арсенід галію є перспективним матеріалом для мікро- та наноелектроніки. Вимоги до контактів з бар'єром Шотткі: висока механічна міцність, стійкість по відношенню до агресивних середовищ, високий рівень розсіюваної потужності, широкий діапазон робочих температур. Однією з головних якісних характеристик бар'єра Шотткі є його висота b, на величину якої впливають вибір контактної пари, метод нанесення, умови термообробки. Відомий спосіб формування контакту з бар'єром Шотткі Ag/GaAs (E.R. Weber, J. Washburn. Structure and reliability of Metal contacts to GaAs/ Office of naval research AD-A259 184, Department of Materials Science and Mineral Engineering University of California, Berkeley, CA 94720. - 1991, 41 c), що включає нанесення срібла на поверхню GaAs (100), сколоту у надвисокому вакуумі, відпал в атмосфері азоту при температурі 678 Κ продовж 600 секунд. Висота бар'єра дорівнювала 0,9 В, коефіцієнт неідеальності - 1,095. Недоліком даного способу є недостатня термостабільність контакту, недостатня висота бар'єра. Відомий спосіб формування контакту з бар'єром Шотткі Ag/GaAs (On the evaluation of Schottky barrier diode parameters of Pd, Au and Ag/n-GaAs/P. Jayavel, J. Kumar, P. Ramasam, R. Premanand.// Indian Journal of Engineering and Materials Sciences. - 2001. - Vol. 7, № 5-6. - P. 340343), що включає хімічну обробку пластини епітаксійного n-GaAs (100) в ацетоні, метиловому спирті, у розчині НСl:H2О (1:1) продовж 60 секунд. Напилення срібла на підкладку проводять методом вакуумного випаровування, відпалюють плівку в атмосфері аргону при температурі 703 Κ протягом 300 секунд. Висота бар'єра Ag/n-GaAs складала bn=0,82 В, коефіцієнт неідеальності n=1,1. Недоліками даного способу є низька термостабільність електричних параметрів контакту, недостатньо високі значення висоти потенційного бар'єра. Найбільш близьким за сукупністю ознак до способу, що заявляється, є спосіб формування контакту з бар'єром Шотткі Ag/GaAs (Пат. України № 95094, МПК Н 01 L 29/47, опублікований 10.12.14, Бюл. № 23/2014), що включає хімічну обробку пластини GaAs в суміші толуолу і метилового спирту (1:2), полірування в суміші 3H2SO4-1H2O2-1H2О, витримку у винній кислоті, напилення крізь спеціальну молібденову маску плівки срібла на поверхню GaAs(111) при -5 температурі підкладки 373 Κ, відпал при 823 Κ протягом 600 секунд у вакуумі 1,2*10 Торр. Висота бар'єра Ag/n-GaAs складала bn=0,9…0,95 В. Недоліком даного способу є недостатня висота бар'єра, порушення морфології поверхні. В основу корисної моделі поставлена задача розробки способу виготовлення контактів з бар'єром Шотткі до GaAs, в якому за рахунок нових режимів напилення та термічної обробки напиленої плівки Ag до GaAs, забезпечується підвищення висоти потенційного бар'єра, поліпшення морфології поверхні контакту. Для вирішення поставленої задачі у способі виготовлення контакту з бар'єром Шотткі Ag/nGaAs, що включає знежирення пластини GaAs, хімічне полірування, напилення на підкладку срібла крізь спеціальні молібденові маски методом вакуумного випаровування, згідно з 15 17 -3 корисною моделлю пластини n-GaAs з nе.ш.=10 …10 см після хімічного полірування послідовно промивають в гарячій і холодній дистильованій і деіонізованій воді, витримують у діоксіянтарній кислоті, промивають в метиловому спирті, напилюють срібло при температурі 2 3 підкладки 353-533 Κ і відпалюють при температурі 713-883 Κ протягом 2·10 -1·10 секунд у -6 вакуумі не гірше (1,2…2)·10 Торр. Вибір травника пов'язаний з ковалентним характером зв'язку в арсеніді галію, що обумовлює необхідність присутності у травнику окислювача, у більшості випадків до окислювача додається комплексоутворювач, що сприяє відчищенню поверхні від іонів металу. В результаті взаємодії арсеніду галію з перекисом водню утворюються оксиди миш'яку і галію, які видаляються при взаємодії з кислотою. Якість поверхні після хімічної обробки контролюється на растровому електронному мікроскопі. Підставою для вибору як контактного матеріалу срібла є те, що температурний коефіцієнт -6 -1 розширення (ТКР) срібла αGaAs=19·10 град можна порівняти з ТКР арсеніду галію -6 -1 (αGаАs=5,8·10 град ). Срібло добре змочує поверхню арсеніду галію, що забезпечує механічну міцність контакту. Температура евтектики срібла з арсенідом галію - 923 Κ, температура плавлення срібла -1233,8 Κ. Срібло індиферентно до кислот та лугів, а також до більшості їдких газів, має добру теплопровідність (QAg З73=4,22 Дж/см·с·град), перехідний шар Ag з GaAs не -13 змінюється у робочому діапазоні температур, а невеликий коефіцієнт дифузії у GaAs (γAg=5·10 2 -9 2 см /с) порівняно з золотом (γAu=2·10 cм /c), дозволяє зменшити товщину перехідного шару. 1 UA 119116 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Напилення срібла проводять при температурі підкладки 353 Κ-533 Κ у вакуумі не гірше -6 (1,2…2)·10 Торр. Високий вакуум в процесі термічного випаровування дозволяє отримати металеві плівки без забруднення. Температуру підкладки визначено експериментально встановленими фактами, згідно з якими при температурі підкладки менше 353 Κ і більше 533 Κ не спостерігається збільшення висоти бар'єра, покращення морфології поверхні плівки. Після напилення формування контакту -6 проводять у вакуумі не гірше (1,2…2)*10 Торр. Температура відпалу 713 Κ-883 Κ, час відпалу 2 3 2·10 -1·10 секунд. -6 Максимальне значення залишкового тиску 10 Торр у вакуумній камері визначається технічними можливостями вакуумної установки. Висоту бар'єра Шотткі визначають згідно з методом вольт-амперних характеристик. Вольтамперні характеристики контакту метал-напівпровідник вимірюють за допомогою чотиризондового методу. Температурний та часовий інтервали термообробки (Т=713-883 Κ, t=2·10-1·10 секунд) визначено експериментально встановленими фактами, згідно з якими при температурі менше 3 2 713 Κ і більше 883 Κ, а також при часі відпалу більше 1·10 секунд або менше 2·10 секунд не спостерігається збільшення висоти бар'єра, покращення морфології поверхні плівки. Структура та фазовий склад плівки та приконтактних шарів напівпровідника у випрямляючих контактах з бар'єром Шотткі досліджують за допомогою електронного мікроскопа просвічуючого типу. Спосіб випробувано в лабораторних умовах. + 16 -3 Пластину n-n GaAs(111)B з nе.ш.=2·10 см знежирювали у суміші толуолу та метилового спирту (1:2), полірували у суміші 3H2SO4-1H2O2-1H2O, промивали в гарячій і холодній 3 дистильованій і деіонізованій воді, витримували у діоксіянтарній кислоті продовж (1…1,3)·10 секунд, промивали в метиловому спирті. Далі пластину поміщали у робочий об'єм установки УРМ 3279013. На пластину накладали спеціальну молібденову маску. Напилення срібла проводили методом термічного випаровування у вакуумі при залишковому тиску не гірше 6 16 -3 (1,2…2)·10 Торр на підкладку n-GaAs (111) з nе.ш=2·10 см при температурі підкладки 393 Κ, далі піднімали температуру відпалу отриманої структури до 803 К і відпалювали при цій 2 -6 температурі впродовж 6·10 секунд у вакуумі не гірше (1,2…2)·10 Торр. Напилення наважки срібла проводили до його повного випаровування, що забезпечувало товщину шару 0,5 мкм. Високий вакуум у процесі термічного випаровування дозволяє виготовити металеві плівки без забруднень. Цей метод має значну гнучкість, тому що дозволяє в широких межах регулювати швидкість випаровування матеріалу наважки і температуру підкладки. Висота бар'єра Шотткі розраховувалась за методом вольт-амперних характеристик, складала b-0,98 В. Коефіцієнт неідеальності η=1,1. Це є результатом зменшення прошарку між металом і напівпровідником завдяки проникненню металу, утворюючому контакт, в проміжний шар, при цьому збільшується щільність поверхневих станів. При визначеній температурі, коли проміжний шар майже повністю зникає (тобто, зменшується до моноатомного шару), а щільність поверхневих станів досягає свого максимального значення, висота потенційного бар'єра дорівнює 2/3 ширини забороненої зони напівпровідника. Після відпалу плівок срібла при заданих температурних режимах спостерігається дрібнокристалічна структура з рівномірним розподілом однакових зерен. Розшифрування електронограми вказує, що при таких температурах у контактній області окрім миш'яку в плівці срібла є невелика кількість галію. Таким чином, у способі виготовлення контакту з бар'єром Шотткі до n GaAs, що заявляється, за рахунок нових режимів напилення та термічної обробки напиленої плівки Ag до GaAs, забезпечується підвищення висоти бар'єра до 0,98 В, поліпшення морфології поверхні контакту. До переваг способу виготовлення випрямляючого контакту з бар'єром Шотткі, що заявляється, належить те, що підйом температури підкладки до заданої, осадження плівки срібла, подальший відпал плівки проводять в єдиному вакуумному циклі за вищезазначених умов, який дозволяє отримувати металеві плівки без забруднень, забезпечувати поліпшення морфології поверхні контакту, підвищувати висоту бар'єра Шотткі до b=0,98 В. Коефіцієнт неідеальності η=1,1. 2 UA 119116 U ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 5 10 Спосіб виготовлення контакту з бар'єром Шотткі Ag/n-GaAs, що включає знежирення пластини GaAs, хімічне полірування, напилення на підкладку срібла крізь спеціальні молібденові маски методом вакуумного випаровування, який відрізняється тим, що пластини n-GaAs з 15 17 -3 nе.ш.=10 …10 см після хімічного полірування послідовно промивають в гарячій і холодній дистильованій і деіонізованій воді, витримують у діоксиянтарній кислоті, промивають в метиловому спирті, напилюють срібло при температурі підкладки 353-533 Κ і відпалюють при 2 3 -6 температурі 713-883 Κ протягом 2·10 -1·10 секунд у вакуумі не гірше (1,2…2)·10 Торр. Комп’ютерна верстка О. Рябко Міністерство економічного розвитку і торгівлі України, вул. М. Грушевського, 12/2, м. Київ, 01008, Україна ДП “Український інститут інтелектуальної власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 3