一种肖特基接触及其制备方法与流程

本发明涉及一种金属/半导体结，尤其涉及一种肖特基接触及其制备方法。

背景技术：

近年以来，由于Ⅲ-Ⅴ族半导体InP具有诸如直接能带结构，高电子迁移率(2.5×10⁷cm/s)，长吸收通讯波长(1.31μm，1.55μm)的优点，其在近红外波段高速光电器件，高功率微波器件中得到了广泛的应用，在此类半导体器件研究当中，InP和金属的接触往往是必不可少而十分重要的。

一般来说，按照其接触的整流特性进行区分，半导体/金属的接触可被划分为欧姆接触和肖特基接触。对于不具整流特性的欧姆接触，无论其外加电压级性如何，我们都可以将其近似看作为零电阻接触；对于有整流接触的肖特基接触，其电流流经只能具有单一方向，即单向导电性。

然而InP却有着一个内在的固有缺陷就是费米能级钉扎效应，也就是说，无论其掺杂浓度性质如何，其费米能级会始终固定于其导带以下大概0.4-0.5eV处，所以InP/半导体的接触往往会具有一个较低的势垒，形成类似于欧姆接触的性质而会造成很大的器件漏电流，这是在半导体光电探测器器件中所不愿意看到的。

现有技术中，以P型InP作为研究对象，在图1中φ_m是Al的金属功函数，χ是p-InP的电子亲和势,E_g是p-InP的禁带宽度，从图1(a)中可以发现，在Al和p-InP的直接接触中，肖特基二极管作为一种多子器件，若对此器件施加正偏置电压，Al的正电荷空穴仅需克服势垒就可以跃迁到半导体p-InP中，并且这个势垒是恒定的，这主要是由于费米能级钉扎效应引起的。通常来说在适当范围内越高的势垒就对应着肖特基接触中越好的整流行为也就是越低的漏电流行为，所以对于InP材料的肖特基接触，这种内在的低势垒现象制约着其在半导体器件中的应用。

目前主流的金属/InP接触肖特基势垒增强的现有技术就是在这两者之间增加一层很薄的高介电常数的绝缘介质层，如图1(b)所示，在正偏压情况下金属中的空穴不但要越过势垒并且还要隧穿过中间的绝缘介质层才能够到达半导体层形成电流，根据Connelly的观点[1]，在金属中的载流子必须到隧穿过金属/绝缘体/半导体(MIS)结构中的绝缘介质层才能到达半导体中，即克服了绝缘介质层的隧穿势垒而实现了此肖特基接触的势垒增强，这里值得指出的是，此绝缘介质层必须拥有最合适的厚度，太厚的介质层会完全影响肖特基接触载流子的输运效率，太薄的介质层则无法起到势垒增强的技术。

截止日前，已经有多种高介电常数的有机/无机材料被应用于此类MIS结构的绝缘介质层，例如若丹(Rhodamine)[2]、PO_xN_yH_z[3]、派若宁(pyronine)[4]、和PVC[5]等。但是利用这些材料而制备的MIS三明治结构的肖特基接触往往没有很好的耐热性并且无法获得很好效果的势垒增强效应或者存在着较大的理想因子。理想因子是用来表征器件的I-V特性曲线与热发射模型的偏移量，这种偏移量很大程度上会受到器件中不同材料介面的态密度的影响，越少的态密度意味着更好的更理想的电流特性，所以越小的理想因子通常代表着更优良的器件性能。

[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.

有鉴于上述的缺陷，本设计人，积极加以研究创新，以期创设一种对于InP材料接触有效的肖特基势垒增强和较低理想因子的方法，使其更具有产业上的利用价值。

技术实现要素：

为解决上述技术问题，本发明的目的是提供一种肖特基接触及其制备方法，使肖特基接触有明显的势垒增强效应，且在同等的势垒增强条件下有更小的理想因子，从而使相应的肖特基器件具有更好的器件特性。

本发明的肖特基接触，包括p-InP衬底、绝缘介质层和电极金属层，所述p-InP衬底上生长有欧姆接触金属层，所述绝缘介质层为MoO₃。

进一步的，以所述MoO₃为绝缘介质层的厚度为3～4nm。

进一步的，所述欧姆接触金属层为Ti、Pt与Au的复合金属层。

进一步的，所述电极金属层为金属Al。

本发明的肖特基接触的制备方法，包括如下步骤：

(1)在p-InP衬底上生长欧姆接触金属形成外围环形电极；

(2)在p-InP衬底上沉积3～4nm厚的MoO₃层；

(3)在MoO₃层上沉积阳极电极。

进一步的，在所述步骤(1)之前还包括清洗p-InP衬底步骤，先用丙酮，异丙醇清洗，去离子水冲洗，高纯氮气吹干后，再去除p-InP衬底表面氧化层。

进一步的，去除p-InP衬底表面氧化层时先用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，然后用去离子水冲洗，最后再用高纯氮气吹干。

进一步的，所述步骤(1)具体是先在p-InP衬底上光刻形成外围环形欧姆接触图形，迅速转移去生长欧姆接触金属层，欧姆接触金属层为Ti、Pt与Au的复合金属层，然后利用丙酮作为剥离液，再用异丙醇清洗，接着用氮气吹干，形成外围环形电极，最后在300℃下退火60秒，形成欧姆接触。

进一步的，所述步骤(2)具体是在p-InP衬底上光刻形成MoO₃沉积孔，在气压为1×10^-6Torr条件下热蒸镀方法沉积3～4nm厚度的MoO₃层。

进一步的，所述步骤(3)具体是在气压为8×10^-6Torr条件下、电子束蒸发方法沉积厚度100nm的金属Al作为阳极电极，然后用丙酮作为剥离液，再用异丙醇清洗，最后用氮气吹干。

借由上述方案，本发明利用MoO₃作为绝缘介质层，肖特基接触会有明显的势垒增强效应，从而可以有效的避免InP材料的费米能级钉扎效应；在310K温度下的理想因子却依旧在2.2以下，相比于其他介质层材料在同等的势垒增强条件下有更小的理想因子，从而使相应的肖特基器件具有更好的器件特性。

上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本发明的较佳实施例并配合附图详细说明如后。

附图说明

图1(a)是传统的Al/p-InP金属/半导体(MS)肖特基接触能带图；(b)是现有技术引入介质氧化层的Al/MoO₃/p-InP MIS肖特基接触能带图；

图2(a)是Al/MoO₃/p-InP MIS肖特基接触在310K-400K温度条件下的I-V特性图；(b)是Al/p-InP MS肖特基接触在310K-400K温度条件下的I-V特性图；(c)是310K温度条件下Al/MoO₃/p-InP MIS和Al/p-InP MS肖特基接触的I-V特性图；

图3是Al/MoO₃/p-InP(MIS结构)和Al/p-InP(MS结构)肖特基接触的势垒，理想因子在310K-400K温度条件下的变化。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

本发明的一种肖特基接触，包括p-InP衬底、绝缘介质层和电极金属层，所述p-InP衬底上生长有欧姆接触金属层，所述绝缘介质层为MoO₃。以MoO₃为绝缘介质层的厚度为3～4nm；欧姆接触金属层为Ti、Pt与Au的复合金属层；电极金属层为金属Al。

本发明选用了MoO₃作为绝缘介质层而制备了MIS结构的Al/MoO₃/p-InP肖特基接触，为测试MoO₃绝缘介质层对金属/p-InP肖特基接触的影响，同时制备了MS结构的Al/p-InP肖特基接触作为参考，MIS结构的肖特基接触的具体制备步骤如下：

1、划片清洗

把2英寸的p-InP衬底切开，分割成1cm×1cm的正方形小片，每片用丙酮，异丙醇清洗，再用去离子水冲洗，最后用高纯氮气吹干。

2、去除表面氧化层

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，最后用去离子水冲洗，再用高纯氮气吹干。

3、第一次光刻

在p-InP衬底上光刻形成外围环形欧姆接触图形。

4、生长欧姆接触金属

在上一步完成之后，迅速地转移去生长欧姆接触金属，以避免表面再次被氧化，欧姆接触金属层采用Ti、Pt与Au的复合金属层，其中Ti的厚度为20nm，Pt的厚度为30nm，Au的厚度为150nm。

5、第一次剥离

利用丙酮作为剥离液，然后用异丙醇清洗，氮气吹干，形成外围环形电极。

6、退火

在300℃下退火60秒，形成欧姆接触。

7、第二次光刻

在p-InP衬底上光刻形成直径为1mm的MoO₃沉积孔。

8、热蒸镀方法沉积MoO₃绝缘介质层

气压条件1×10^-6Torr下沉积3～4nm厚度的MoO₃绝缘介质层，本实施例中具体的沉积厚度为3.5nm。

9、电子束蒸发做器件阳极电极

在气压8×10^-6Torr条件下沉积厚度100nm的金属Al。

10、第二次剥离

利用丙酮作为剥离液，然后用异丙醇清洗，氮气吹干。

另外，制备MS结构的Al/p-InP肖特基接触步骤除了缺少步骤8以外，其他步骤完全一致。

一般情况下我们对肖特基接触整流特性的界定标准是在同一电压值正电性质下其电流值与其负电性质下电流值的比值大小，图2(a)和图2(b)都表现出了Al/MoO₃/p-InP MIS和Al/p-InP肖特基接触的良好整流行为。但是在图2(c)中我们发现在310K温度条件下Al/MoO₃/p-InP MIS肖特基接触在+1V偏压下的电流值为2.98×10^-2A，在-1V偏压下的电流值为3.68×10^-6A，其电流比值可以达到四个数量级；而在310K温度条件下Al/p-InP MS肖特基接触在+1V偏压下的电流值为2.23×10^-2A，在-1V偏压下的电流值为2.51×10^-4A，其电流比值仅有两个数量级。由此可见引入一层较薄的MoO₃绝缘介质层可以明显的改善Al/p-InP MS肖特基接触的整合特性。

利用经典热发射模型可以从MIS结构的Al/MoO₃/p-InP和MS结构的Al/p-InP肖特基接触势垒的I-V特性中计算出这两个器件的肖特基势垒和理想因子，如图3所示，可以看出引入了MoO₃绝缘介质层以后的肖特基接触会有明显的势垒增强效应，从而可以有效的避免InP材料的费米能级钉扎效应；在310K温度下的理想因子却依旧在2.2以下，相比于其他介质层材料在同等的势垒增强条件下有更小的理想因子而预示的更好的器件特性。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，并不用于限制本发明，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变型，这些改进和变型也应视为本发明的保护范围。