重金属(Ta,W)对Ni_4H-SiC欧姆接触性能的影响

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1、学校代码：10270分类号：O469学号：152200672硕士学位论文重金属（Ta,W）对Ni/4H-SiC欧姆接触性能的影响学院：数理学院专业：凝聚态物理研究方向：宽禁带半导体器件研究生姓名：姜舒月指导教师：陈之战完成日期：2018年4月上海师范大学硕士学位论文摘要论文题目：重金属（Ta,W）对Ni/4H-SiC欧姆接触性能的影响学科专业：凝聚态物理学位申请人：姜舒月导师：陈之战摘要当人们开始探索碳化硅器件在高温领域的应用时，发现金属-半导体欧姆接触的高温稳定性降低了器件的可靠性，增加了器件的生产成本

2、并减少了器件在高温环境下的工作时间。因此，关于金属-SiC欧姆接触高温性能的研究得到了重视。目前，虽然人们已通过选择合适的金属体系和退火工艺参数制备了室温下良好性能的欧姆接触，但对于高温欧姆接触体系的选择仍在探索之中。本论文以Ni/SiC欧姆接触体系所存在的问题为核心，提出双金属层（A,Ni）/SiC的解决方案，主要研究成果如下:实验研究表明，Ni/SiC体系存在的主要问题为：表面形貌粗糙；欧姆接触层分布不均匀；游离碳富集在界面区域内；界面粗糙并存在大量的空洞。针对这些问题，A层金属应满足的条件为：一是降

3、低固相反应的反应速度；二是可以与游离C结合生成稳定的碳化物，抑制C团簇的富集；三是界面化合物的热膨胀系数与SiC相匹配。最后通过文献调研和实验探究，确定了可进一步研究的双金属层体系是(Ta,Ni)/SiC和(W,Ni)/SiC。从表面形貌和电学性能两方面探究（Ta,Ni）/SiC体系的欧姆接触性能。研究发现Ni/Ta/SiC体系存在的问题是Ta无法吸收游离C；Ta/Ni/SiC体系退火后样品表面出现大晶粒，样品无法满足引线要求。所以，Ta无法改善Ni/4H-SiC欧姆接触的接触性能。按照相同的方法研究（W

4、,Ni）/SiC体系的欧姆接触性能，确定最终的金属层为W（30nm）/Ni（56nm）/SiC。在相同的工艺条件下，W将Ni/SiC样品的表面粗糙度（31nm）降低到8nm。W/Ni/SiC欧姆接触的比接-52-42触电阻率是3.2×10cm，小于Ni/SiC的比接触电阻率（4.2×10cm）。通过原子力显微镜（AFM）、透射电子显微镜（TEM）、拉曼光谱仪（RamanSpectra）和X射线光电子谱分析（XPS）分析W在W/Ni/SiC体系中的作用：W可以减小Ni与SiC的反应速度，减少样品表面

5、粗糙度；W可以与游离C结合生成WC，减少游离C含量；分布在界面的WC的热膨胀系数与衬底相匹配，减少了界面空洞的存在。此外，我们对Au/Pt/W/Ni/SiC进行引线焊接，样品第一焊点的尺寸和引线所承受的拉力均达到标准值。Au/Pt/W/Ni/SiC在300C大气环境下老I摘要上海师范大学硕士学位论文-42-32化1000h后，比接触电阻率仅从1.3×10cm增加到1.3×10cm，而-42Au/Pt/Ni/SiC在相同的环境下老化400h后，比接触电阻率从10cm增加到-3210cm。因

6、此，W/Ni/SiC体系解决了Ni/4H-SiC欧姆接触存在的问题，具有重要的应用价值。关键词：碳化硅器件；欧姆接触；高温稳定性。论文类型：应用研究Ⅱ上海师范大学硕士学位论文目录Thesistheme:Influenceofheavymetal(Ta,W)onNi/4H-SiCOhmiccontactpropertyMajor:CondensedMatterPhysicsApplicant:Shu-YueJiangAdvisor:Zhi-ZhanChenAbstractWhenpeoplebegantoe

7、xploretheapplicationofSiliconcarbidehightemperaturedevices,theyconcludedthatthehigh-temperaturethermalstabilityofmetal-semiconductorOhmiccontactdecreasedthereliabilityofSiCdevices,increasingthecostofdevicesfabricationandreducingtheworkingtimeofdevicesinhi

8、ghtemperatureenvironments.Therefore,SiChigh-tempertureOhmiccontacthasattractedmoreandmorepeople’sattention.Fromnow,althoughrsearchershavefabricatedOhmiccontactwithexcellentcontactpropertiesinroomtemperaturebyselecti