合金Au/Ge/Ni/Au的欧姆阻值随着温度变化的研究

2025-09-29 理论教育版权反馈

【摘要】：合金温度大于300℃时，合金体系Au／Ge／Ni／Au 的阻值有增大的趋势。图5.7欧姆接触退火显微镜照片图5.8250 ℃退火测量TLM 值图5.9不同退火温度下Rc值为了得到低的欧姆阻值，需要确定合适的退火温度。图5.8是250℃时测量的TLM的阻值，根据前面的TLM 的原理，先进拟合曲线。拟合曲线斜率是4.78，截距是5.43，则可以得出Rsh是477.96Ω／Sh，Rc是0.27Ω·mm，ρc=1.542×10-6 Ω·cm2。在400℃退火时电阻Rc=0.82Ω·mm，Rsheet=540Ω／Sh。

合金温度大于300℃时，合金体系Au／Ge／Ni／Au 的阻值有增大的趋势。合金体系在InAs／AlSbHEMT 制作中，不适合高温的工艺。早期的化合物半导体的欧姆结经常会出现不均匀，后来引入了Pd到欧姆接触中，Pd容易渗透到下面的半导体材料和取代半导体的自然氧化物，同时和禁带宽度窄的半导体容易形成比较稳定的三元反应物。Booset等人发现Pd／Pt／Au（10／20／60nm）结250℃退火19个小时，但是没有发现横向扩散，欧姆阻值达到0.10Ωmm。Robinson等人也用Pd／Pt／Au（100／200／600nm）形成欧姆接触来制造HEMT 器件，300℃时退后15分钟得到欧姆阻值0.07Ωmm。未退火和快速高温退火，对于Pd／Pt／Au形成欧姆接触的效果相似。

Pd／Pt／Au（12／35／60nm）是非合金欧姆金属，具体制作中是12nm 的Pd首先被淀积，Pt的淀积分成两步，先冷却30～45分钟，为了避免额外样片产生额外的热，最后100nm 的Au直接淀积到最上面。之后进行金属的剥离，放到丙酮中，并且超声剥离，已保证最后形成金属边缘完整的欧姆接触。接着进行器件的台面刻蚀，为了使得制造的各个器件之间实现电学的隔离，同时也完成了TLM 的隔离。最后可以进行TLM 测量，来判断欧姆接触阻值的好坏。

Pd在退火前就和半导体材料发生了反应。Pd和Pt的混合区域层有10 nm，Pd和下面的InAs材料的反应区是无定型的，在Pd和InAs材料之间是没有氧化物存在，在退火时，Pd可以分散Ⅲ-Ⅴ族半导体材料的自然氧化物，包括GaAs和很容易氧化的材料GaSb。在Pd淀积的时候是高温，这恰恰可能是Pt和下面的半导体材料反应的热源，这也同时分散了InAs材料的自然氧化物。正是这个原因，在淀积Pt的时候分两步操作，为了降低衬底的温度，减弱Pd和InAs材料的反应。Pt的作用是阻值Au与下面的半导体材料反应。Au可以减低接触电阻的阻值。在J.B.Boos的报道中提到通过做测试发现Pd渗透到下面的半导体材料，甚至到InAs沟道，这样就更有利于形成良好的欧姆接触。

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图5.7　欧姆接触退火显微镜照片(https://www.chuimin.cn)

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图5.8　250 ℃退火测量TLM 值

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图5.9　不同退火温度下Rc值

为了得到低的欧姆阻值，需要确定合适的退火温度。本次实验就进行了不同温度的退火实验，测量各个温度时对应的欧姆阻值。退火温度选取，在H2∶N2（5%∶95%）环境中进行退火90秒。图5.7是各个退火温度下的光学显微镜照片。从图中可以看到200 ℃，250 ℃，300 ℃退火时，欧姆接触的金属没有发生明显的变化，但是到在400℃退火时，欧姆金属发生变质，发生了严重的退化，同时从图5.9 中看到，欧姆接触阻值突然变大，这就说明退火温度不能超过400 ℃。图5.8是250℃时测量的TLM的阻值，根据前面的TLM 的原理，先进拟合曲线。拟合曲线斜率是4.78，截距是5.43，则可以得出Rsh是477.96Ω／Sh，Rc是0.27Ω·mm，ρc=1.542×10-6 Ω·cm2。把其他温度的欧姆阻值用同样的方法计算好，绘制出图5.9。图5.9 总结和对比了各个欧姆阻值和各个温度之间的关系。在400℃退火时电阻Rc=0.82Ω·mm，Rsheet=540Ω／Sh。

合金Au/Ge/Ni/Au的欧姆阻值随着温度变化的研究

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