刘衍芳

（合肥工业大学 分析测试中心，安徽 合肥 230009）

0 引 言

碳化硅具有宽带隙、高饱和电子迁移率等优点，在抗腐蚀度、耐磨性和热稳定性以及晶体的多样性等方面性能良好，使其在高温、高频、大功率、抗辐射的微电子及光电子器件方面有着巨大的应用潜力［1］。电子器件的性能在很大程度上受到金属－半导体接触的影响，在理想清洁的半导体表面沉积一层清洁的纯金属薄膜，形成紧密的接触，是理想的金属－半导体（M／S）接触。但实际情况下，金属不可能绝对纯净，半导体表面也不是完全理想的表面。半导体的晶型、掺杂情况、表面的重构以及金属的功函数等因素都会影响金属／半导体界面的性质［2－10］，由于具体情况不同，M／S 接触有不同的电流电压特性，主要有2类：

（1）Schottky势垒接触。该类接触有整流效应，可以制作肖特基势垒二极管。此类二极管正向导通门限电压和正向压降都比PN结二极管低（约低0.2V），而且开关速度非常快，开关损耗也特别小，尤其适合于高频应用。

（2）欧姆接触。欧姆接触不产生明显的附加阻抗，可以减少接触点的电能损耗，也不会使半导体内部的平衡载流子浓度发生显著的改变。

由于Al的性质非常活泼，功函数较小，因此本文主要研究了Al界面层对Ti／n型6H－SiC（0001）接触势垒的影响。

1 实 验

SiC衬底材料是从TANKEBLUE公司购买的n型6H－SiC（0001），厚度为0.43mm，饱和漂移速度为2×105m／s，带隙为3.02eV，电子迁移率为400cm2／（V·s）。先将SiC放入10%的氢氟酸中浸泡5min以除去SiC表面的氧化层，再用去离子水冲洗，然后依次用丙酮清洗15min、酒精清洗10min，放入扫描电镜室进行EBSD测试，取出迅速放入磁控溅射室镀Ti，镀Ti的条件为：装置的本底真空为9×10－5Pa，功率为120W，氩气流量为30mL／min，时间为0.5h。

另取一片SiC晶片，采用与以上同样的方法处理，然后放入磁控溅射室中进行Al、Ti共溅射，Al、Ti的溅射功率均为120W，氩气流量为30mL／min，时间为0.5h。将镀Ti的SiC晶片传入光电子能谱测试室进行氩离子刻蚀和XPS测试，该测试在国家同步辐射实验室光电子能谱实验站进行，实验站包括进样室、生长室和测试室，本底真空好于5×10－8Pa，开始时氩离子刻蚀的离子流约为23μA，每次刻蚀30min，每刻蚀一次测一次XPS图，刻蚀7次时出现Si的2p峰，说明已经到达界面处，此时将离子流降到2.3μA，每次刻蚀5min，直至无Ti测出为止。

另将镀Ti、Al的SiC晶片传入光电子能谱测试室进行氩离子刻蚀和XPS测试，此测试在合肥工业大学分析测试中心的X射线光电子能谱仪进行，能谱仪型号为ESCALAB250Xi，能谱仪包括进样室和测试室，本底真空好于5×10－8Pa，氩离子刻蚀的离子流约为6.2μA，每次刻蚀5min，每刻蚀一次测一次XPS图，刻蚀8次时出现Si的2p峰，说明已经到达界面处，此时将离子流降到2.3μA，每次刻蚀0.5min，直至无 Ti测出为止。由于该能谱仪上的Ar离子枪与同步辐射实验室的不同，此离子枪是小面积的，因此刻蚀速率要比大面积的快得多。

2 结果与讨论

6H－SiC的菊池花样如图1所示，EBSD要求样品表面非常干净平整且无应变，由图1可以看出，SiC表面非常干净、平整。

图1 6H－SiC的菊池花样

EBSD测得6H－SiC的极图如图2所示，从图2可看到很好的六方结构的衍射花样，有较好的取向性。

图2 6H－SiC的极图

Ti／n型6H－SiC（0001）不同刻蚀时间C1s的XPS图如图3所示。

图3 Ti／型6H－n型SiC（0001）不同刻蚀时间C1s的XPS

Ti／n－型6H－SiC（0001）接触的势垒高度可以采用文献［5］提出的方法来计算，具体为：

其中，Eg为n型6H－SiC的带隙，为3.02eV；Efi为界面处的费米能级，其表达式为：

其中，EC1s为沉积金属后SiC中C1s结合能；（EC1s′－Ev）为干净的SiC中C1s结合能到价带顶的值，此值为281.26eV。

从图3可以得出，刻蚀时间为245min时，SiC的C1s的结合能为283.39eV，从而得出Efi为2.13eV，肖特基势垒高度为0.89eV。

XPS测得的 Ti（Al）／型6H－n型 SiC（0001）表面的Ti、Al峰的信息见表1所列，从表1可以看出，溅射的Ti、Al的相对原子百分数依次为52.53%和47.47%。

表1 Ti（Al）／n型6H－SiC（0001）表面的 Ti、Al峰的信息

Ti（Al）／n型6H－SiC（0001）不同刻蚀时间C1s的XPS图如图4所示，由于合肥工业大学的X射线光电子能谱仪配有磁透镜，因此信号要比同步辐射实验室无磁透镜要强，但对XPS峰位没有影响，Ti（Al）／n型6H－SiC（0001）接触的势垒高度也采用文献［5］提出的方法来计算，具体与Ti／n型6H－SiC（0001）的相同。从图4可以得出，刻蚀时间为41min时的SiC的C1s的结合能为283.57eV，从而得出Efi为2.31eV，肖特基势垒高度为0.71eV。

图4 Ti（Al）／n型6H－SiC（0001）不同刻蚀时间C1s的XPS

该结果表明，相对原子百分数为47.47%的Al的存在，降低了Ti／n型6H－SiC（0001）接触界面的势垒高度，形成了更好的欧姆接触，这可能是由于Al较活泼，接触后Al表面电子向SiC转移，从而导致势垒高度降低。

3 结 论

由XPS测得的 Ti／n型6H－SiC（0001）和 Ti（Al）／n型6H－SiC（0001）的肖特基势垒高度分别为0.89eV和0.71eV。结果表明，界面处掺入Al可以降低 Ti／n型6H－SiC（0001）的肖特基势垒高度，形成更好的欧姆接触。

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