本發(fā)明涉及一種金屬/半導(dǎo)體結(jié)，尤其涉及一種肖特基接觸及其制備方法。

背景技術(shù)：

近年以來，由于Ⅲ-Ⅴ族半導(dǎo)體InP具有諸如直接能帶結(jié)構(gòu)，高電子遷移率(2.5×10⁷cm/s)，長(zhǎng)吸收通訊波長(zhǎng)(1.31μm，1.55μm)的優(yōu)點(diǎn)，其在近紅外波段高速光電器件，高功率微波器件中得到了廣泛的應(yīng)用，在此類半導(dǎo)體器件研究當(dāng)中，InP和金屬的接觸往往是必不可少而十分重要的。

一般來說，按照其接觸的整流特性進(jìn)行區(qū)分，半導(dǎo)體/金屬的接觸可被劃分為歐姆接觸和肖特基接觸。對(duì)于不具整流特性的歐姆接觸，無論其外加電壓級(jí)性如何，我們都可以將其近似看作為零電阻接觸；對(duì)于有整流接觸的肖特基接觸，其電流流經(jīng)只能具有單一方向，即單向?qū)щ娦浴?/p>

然而InP卻有著一個(gè)內(nèi)在的固有缺陷就是費(fèi)米能級(jí)釘扎效應(yīng)，也就是說，無論其摻雜濃度性質(zhì)如何，其費(fèi)米能級(jí)會(huì)始終固定于其導(dǎo)帶以下大概0.4-0.5eV處，所以InP/半導(dǎo)體的接觸往往會(huì)具有一個(gè)較低的勢(shì)壘，形成類似于歐姆接觸的性質(zhì)而會(huì)造成很大的器件漏電流，這是在半導(dǎo)體光電探測(cè)器器件中所不愿意看到的。

現(xiàn)有技術(shù)中，以P型InP作為研究對(duì)象，在圖1中φ_m是Al的金屬功函數(shù)，χ是p-InP的電子親和勢(shì),E_g是p-InP的禁帶寬度，從圖1(a)中可以發(fā)現(xiàn)，在Al和p-InP的直接接觸中，肖特基二極管作為一種多子器件，若對(duì)此器件施加正偏置電壓，Al的正電荷空穴僅需克服勢(shì)壘就可以躍遷到半導(dǎo)體p-InP中，并且這個(gè)勢(shì)壘是恒定的，這主要是由于費(fèi)米能級(jí)釘扎效應(yīng)引起的。通常來說在適當(dāng)范圍內(nèi)越高的勢(shì)壘就對(duì)應(yīng)著肖特基接觸中越好的整流行為也就是越低的漏電流行為，所以對(duì)于InP材料的肖特基接觸，這種內(nèi)在的低勢(shì)壘現(xiàn)象制約著其在半導(dǎo)體器件中的應(yīng)用。

目前主流的金屬/InP接觸肖特基勢(shì)壘增強(qiáng)的現(xiàn)有技術(shù)就是在這兩者之間增加一層很薄的高介電常數(shù)的絕緣介質(zhì)層，如圖1(b)所示，在正偏壓情況下金屬中的空穴不但要越過勢(shì)壘并且還要隧穿過中間的絕緣介質(zhì)層才能夠到達(dá)半導(dǎo)體層形成電流，根據(jù)Connelly的觀點(diǎn)[1]，在金屬中的載流子必須到隧穿過金屬/絕緣體/半導(dǎo)體(MIS)結(jié)構(gòu)中的絕緣介質(zhì)層才能到達(dá)半導(dǎo)體中，即克服了絕緣介質(zhì)層的隧穿勢(shì)壘而實(shí)現(xiàn)了此肖特基接觸的勢(shì)壘增強(qiáng)，這里值得指出的是，此絕緣介質(zhì)層必須擁有最合適的厚度，太厚的介質(zhì)層會(huì)完全影響肖特基接觸載流子的輸運(yùn)效率，太薄的介質(zhì)層則無法起到勢(shì)壘增強(qiáng)的技術(shù)。

截止日前，已經(jīng)有多種高介電常數(shù)的有機(jī)/無機(jī)材料被應(yīng)用于此類MIS結(jié)構(gòu)的絕緣介質(zhì)層，例如若丹(Rhodamine)[2]、PO_xN_yH_z[3]、派若寧(pyronine)[4]、和PVC[5]等。但是利用這些材料而制備的MIS三明治結(jié)構(gòu)的肖特基接觸往往沒有很好的耐熱性并且無法獲得很好效果的勢(shì)壘增強(qiáng)效應(yīng)或者存在著較大的理想因子。理想因子是用來表征器件的I-V特性曲線與熱發(fā)射模型的偏移量，這種偏移量很大程度上會(huì)受到器件中不同材料介面的態(tài)密度的影響，越少的態(tài)密度意味著更好的更理想的電流特性，所以越小的理想因子通常代表著更優(yōu)良的器件性能。

[1]D.Connelly,C.Faulkner,D.E.Grupp,J.S.Harris,A New Route to Zero-Barrier MetalSource/Drain MOSFETs,IEEE T.Nanotechnol.3(2004)98-104.

[2]Güllü,S.A.Türüt,Electronic parameters of high barrier Au/Rhodamine-101/n-Inp Schottky diode with organic interlayer,Thin Solid Films520(2012)1994-1948.

[3]D.T.Quan,H.Hbib,High barrier height Au/n-type InP Schottky contacts with a PO_xN_yH_z interfacial layer,Solid-State Electron.36(1993)339-344.

[4]M.Soylu,B.Abay,Y.Onganer,The effects of annealing on Au/pyronine-B/MD n-InP Schottky structure,J.Phys.Chem.Solids 71(2010)1398-1403.

[5]A.Umapathi,V.R.Reddy,Effect of annealing on the electrical and interface properties of Au/PVC/n-InP organic-on-inorganic structures,Microelectron.Eng.114(2014)31-37.

有鑒于上述的缺陷，本設(shè)計(jì)人，積極加以研究創(chuàng)新，以期創(chuàng)設(shè)一種對(duì)于InP材料接觸有效的肖特基勢(shì)壘增強(qiáng)和較低理想因子的方法，使其更具有產(chǎn)業(yè)上的利用價(jià)值。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明的目的是提供一種肖特基接觸及其制備方法，使肖特基接觸有明顯的勢(shì)壘增強(qiáng)效應(yīng)，且在同等的勢(shì)壘增強(qiáng)條件下有更小的理想因子，從而使相應(yīng)的肖特基器件具有更好的器件特性。

本發(fā)明的肖特基接觸，包括p-InP襯底、絕緣介質(zhì)層和電極金屬層，所述p-InP襯底上生長(zhǎng)有歐姆接觸金屬層，所述絕緣介質(zhì)層為MoO₃。

進(jìn)一步的，以所述MoO₃為絕緣介質(zhì)層的厚度為3～4nm。

進(jìn)一步的，所述歐姆接觸金屬層為Ti、Pt與Au的復(fù)合金屬層。

進(jìn)一步的，所述電極金屬層為金屬Al。

本發(fā)明的肖特基接觸的制備方法，包括如下步驟：

(1)在p-InP襯底上生長(zhǎng)歐姆接觸金屬形成外圍環(huán)形電極；

(2)在p-InP襯底上沉積3～4nm厚的MoO₃層；

(3)在MoO₃層上沉積陽極電極。

進(jìn)一步的，在所述步驟(1)之前還包括清洗p-InP襯底步驟，先用丙酮，異丙醇清洗，去離子水沖洗，高純氮?dú)獯蹈珊?，再去除p-InP襯底表面氧化層。

進(jìn)一步的，去除p-InP襯底表面氧化層時(shí)先用H₂SO₄、H₂O₂、H₂O的混合溶液清洗表面，再用HCl、H₂O的混合溶液清洗表面，然后用去離子水沖洗，最后再用高純氮?dú)獯蹈伞?/p>

進(jìn)一步的，所述步驟(1)具體是先在p-InP襯底上光刻形成外圍環(huán)形歐姆接觸圖形，迅速轉(zhuǎn)移去生長(zhǎng)歐姆接觸金屬層，歐姆接觸金屬層為Ti、Pt與Au的復(fù)合金屬層，然后利用丙酮作為剝離液，再用異丙醇清洗，接著用氮?dú)獯蹈?，形成外圍環(huán)形電極，最后在300℃下退火60秒，形成歐姆接觸。

進(jìn)一步的，所述步驟(2)具體是在p-InP襯底上光刻形成MoO₃沉積孔，在氣壓為1×10^-6Torr條件下熱蒸鍍方法沉積3～4nm厚度的MoO₃層。

進(jìn)一步的，所述步驟(3)具體是在氣壓為8×10^-6Torr條件下、電子束蒸發(fā)方法沉積厚度100nm的金屬Al作為陽極電極，然后用丙酮作為剝離液，再用異丙醇清洗，最后用氮?dú)獯蹈伞?/p>

借由上述方案，本發(fā)明利用MoO₃作為絕緣介質(zhì)層，肖特基接觸會(huì)有明顯的勢(shì)壘增強(qiáng)效應(yīng)，從而可以有效的避免InP材料的費(fèi)米能級(jí)釘扎效應(yīng)；在310K溫度下的理想因子卻依舊在2.2以下，相比于其他介質(zhì)層材料在同等的勢(shì)壘增強(qiáng)條件下有更小的理想因子，從而使相應(yīng)的肖特基器件具有更好的器件特性。

上述說明僅是本發(fā)明技術(shù)方案的概述，為了能夠更清楚了解本發(fā)明的技術(shù)手段，并可依照說明書的內(nèi)容予以實(shí)施，以下以本發(fā)明的較佳實(shí)施例并配合附圖詳細(xì)說明如后。

附圖說明

圖1(a)是傳統(tǒng)的Al/p-InP金屬/半導(dǎo)體(MS)肖特基接觸能帶圖；(b)是現(xiàn)有技術(shù)引入介質(zhì)氧化層的Al/MoO₃/p-InP MIS肖特基接觸能帶圖；

圖2(a)是Al/MoO₃/p-InP MIS肖特基接觸在310K-400K溫度條件下的I-V特性圖；(b)是Al/p-InP MS肖特基接觸在310K-400K溫度條件下的I-V特性圖；(c)是310K溫度條件下Al/MoO₃/p-InP MIS和Al/p-InP MS肖特基接觸的I-V特性圖；

圖3是Al/MoO₃/p-InP(MIS結(jié)構(gòu))和Al/p-InP(MS結(jié)構(gòu))肖特基接觸的勢(shì)壘，理想因子在310K-400K溫度條件下的變化。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施方式作進(jìn)一步詳細(xì)描述。以下實(shí)施例用于說明本發(fā)明，但不用來限制本發(fā)明的范圍。

本發(fā)明的一種肖特基接觸，包括p-InP襯底、絕緣介質(zhì)層和電極金屬層，所述p-InP襯底上生長(zhǎng)有歐姆接觸金屬層，所述絕緣介質(zhì)層為MoO₃。以MoO₃為絕緣介質(zhì)層的厚度為3～4nm；歐姆接觸金屬層為Ti、Pt與Au的復(fù)合金屬層；電極金屬層為金屬Al。

本發(fā)明選用了MoO₃作為絕緣介質(zhì)層而制備了MIS結(jié)構(gòu)的Al/MoO₃/p-InP肖特基接觸，為測(cè)試MoO₃絕緣介質(zhì)層對(duì)金屬/p-InP肖特基接觸的影響，同時(shí)制備了MS結(jié)構(gòu)的Al/p-InP肖特基接觸作為參考，MIS結(jié)構(gòu)的肖特基接觸的具體制備步驟如下：

1、劃片清洗

把2英寸的p-InP襯底切開，分割成1cm×1cm的正方形小片，每片用丙酮，異丙醇清洗，再用去離子水沖洗，最后用高純氮?dú)獯蹈伞?/p>

2、去除表面氧化層

先用H₂SO₄、H₂O₂、H₂O的混合溶液清洗表面，再用HCl、H₂O混合溶液清洗表面，最后用去離子水沖洗，再用高純氮?dú)獯蹈伞?/p>

3、第一次光刻

在p-InP襯底上光刻形成外圍環(huán)形歐姆接觸圖形。

4、生長(zhǎng)歐姆接觸金屬

在上一步完成之后，迅速地轉(zhuǎn)移去生長(zhǎng)歐姆接觸金屬，以避免表面再次被氧化，歐姆接觸金屬層采用Ti、Pt與Au的復(fù)合金屬層，其中Ti的厚度為20nm，Pt的厚度為30nm，Au的厚度為150nm。

5、第一次剝離

利用丙酮作為剝離液，然后用異丙醇清洗，氮?dú)獯蹈?，形成外圍環(huán)形電極。

6、退火

在300℃下退火60秒，形成歐姆接觸。

7、第二次光刻

在p-InP襯底上光刻形成直徑為1mm的MoO₃沉積孔。

8、熱蒸鍍方法沉積MoO₃絕緣介質(zhì)層

氣壓條件1×10^-6Torr下沉積3～4nm厚度的MoO₃絕緣介質(zhì)層，本實(shí)施例中具體的沉積厚度為3.5nm。

9、電子束蒸發(fā)做器件陽極電極

在氣壓8×10^-6Torr條件下沉積厚度100nm的金屬Al。

10、第二次剝離

利用丙酮作為剝離液，然后用異丙醇清洗，氮?dú)獯蹈伞?/p>

另外，制備MS結(jié)構(gòu)的Al/p-InP肖特基接觸步驟除了缺少步驟8以外，其他步驟完全一致。

一般情況下我們對(duì)肖特基接觸整流特性的界定標(biāo)準(zhǔn)是在同一電壓值正電性質(zhì)下其電流值與其負(fù)電性質(zhì)下電流值的比值大小，圖2(a)和圖2(b)都表現(xiàn)出了Al/MoO₃/p-InP MIS和Al/p-InP肖特基接觸的良好整流行為。但是在圖2(c)中我們發(fā)現(xiàn)在310K溫度條件下Al/MoO₃/p-InP MIS肖特基接觸在+1V偏壓下的電流值為2.98×10^-2A，在-1V偏壓下的電流值為3.68×10^-6A，其電流比值可以達(dá)到四個(gè)數(shù)量級(jí)；而在310K溫度條件下Al/p-InP MS肖特基接觸在+1V偏壓下的電流值為2.23×10^-2A，在-1V偏壓下的電流值為2.51×10^-4A，其電流比值僅有兩個(gè)數(shù)量級(jí)。由此可見引入一層較薄的MoO₃絕緣介質(zhì)層可以明顯的改善Al/p-InP MS肖特基接觸的整合特性。

利用經(jīng)典熱發(fā)射模型可以從MIS結(jié)構(gòu)的Al/MoO₃/p-InP和MS結(jié)構(gòu)的Al/p-InP肖特基接觸勢(shì)壘的I-V特性中計(jì)算出這兩個(gè)器件的肖特基勢(shì)壘和理想因子，如圖3所示，可以看出引入了MoO₃絕緣介質(zhì)層以后的肖特基接觸會(huì)有明顯的勢(shì)壘增強(qiáng)效應(yīng)，從而可以有效的避免InP材料的費(fèi)米能級(jí)釘扎效應(yīng)；在310K溫度下的理想因子卻依舊在2.2以下，相比于其他介質(zhì)層材料在同等的勢(shì)壘增強(qiáng)條件下有更小的理想因子而預(yù)示的更好的器件特性。

以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，并不用于限制本發(fā)明，應(yīng)當(dāng)指出，對(duì)于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明技術(shù)原理的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和變型，這些改進(jìn)和變型也應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。