一种测量高阻金刚石欧姆接触比接触电阻的方法

本发明属于半导体电子器件领域，具体涉及一种测量高阻半导体电接触比接触电阻的方法。

背景技术：

1、获得高质量的欧姆接触是半导体电子设备应用材料开发中最常见的问题之一，欧姆接触的性能直接影响设备的正常运行，从而决定了其商业重要性。

2、欧姆接触为非整流接触，其比接触电阻不随电压变化，电流电压特性为线性关系，且阻值与半导体样品或器件相比很小，当有电流流过时，欧姆接触上的电压降远小于样品或器件本身的压降，这种接触不影响器件的电流-电压特性，或者说，电流-电压特性是由样品的电阻或器件的特性决定的。

3、欧姆接触比接触电阻测量通常使用传输线法(transfer length measurement,tlm)，有矩形传输线法(rtlm)与环形传输线法(ctlm)两种。

4、矩形传输线法即通过测量一组间隙尺寸不断增大的矩形欧姆触点总电阻rtot，拟合rtot与间隙l之间的线性关系，即可得到斜率为半导体薄层电阻rsh/w、y轴截距为两个触点的总接触电阻2rc的直线。则电极比接触电阻ρc＝rc2w2/rsh，其中w表示电极自身宽度。

5、考虑到开放式的矩形电极间电流传输不一定会沿间隙l传导，同时还有封闭的ctlm，即一系列沟道间距不同的同心圆电极，依次测量计算总电阻rtot，代入内圆半径r0与外圆半径rn，拟合rtot与ln(rn/r0)的线性关系，即可得到y截距为rslt(1/rn+1/r0)/2，x截距为-lt(1/rn+1/r0)的直线。从而换算出半导体薄层电阻rs与传输线长度lt，接触电阻由ρc＝rs·lt2可得。

6、在tlm测试比接触电阻时，测得的总电阻主要有两个电极接触电阻r1、r2与半导体薄层电阻r3串联而成。通常欧姆接触都是在重掺杂等本征载流子浓度较高的半导体上制备，其r3较小，可以相对精确得到比接触电阻。但对于高阻半导体，比如氧终端本征金刚石，其内部本征载流子极少，表面绝缘，即使获得了线性的电流电压特性曲线与较低的接触电阻r1、r2，由于巨大的r3，会导致其电流量级依然小至10-14～10-10a量级。在进行tlm测试时，过小的电流不但会导致极长的测试时间，而且极易受到外界干扰出现波动，或者因为电极制备的微小不均匀性(比如局部的势垒高度不同)与寄生电阻造成电流曲线偏离原点，从而难以实现线性拟合，增大实验误差。

技术实现思路

1、本发明的目的在于解决高阻半导体尤其是氧终端本征金刚石难以使用tlm测试比接触电阻的问题，而提供一种使用氢终端处理电极沟道增加载流子浓度以使用tlm测试比接触电阻的方法。

2、本发明测量高阻金刚石欧姆接触比接触电阻的方法按照以下步骤实现：

3、一、取制备好欧姆接触tlm电极图案的氧终端本征金刚石作为金刚石样品；

4、二、氢化处理：将步骤一得到的金刚石样品放入微波等离子体化学气相沉积设备中，通入氢气，在氢气氛围下升高功率，激活等离子体，以500～800℃的温度氢化处理10～60min，使金刚石的氧终端转变为氢终端，得到氢化后的金刚石样品；

5、三、转移掺杂：将氢化后的金刚石样品放置在空气中，利用转移掺杂效应诱导出(高浓度)二维空穴气，得到带有二维空穴气的金刚石样品；

6、四、使用传输线法(tlm)测试带有二维空穴气的金刚石样品的比接触电阻，完成高阻金刚石欧姆接触比接触电阻的测量。

7、本发明使用氢等离子体对金刚石进行氢化处理，将未被欧姆接触电极覆盖的氧终端金刚石表面转变为可二维空穴气导电、电阻极小的氢终端表面，大大降低了半导体薄层电阻r3，从而增大了测试电流，减少了小电流造成的测试误差，方便测试比接触电阻，同时不影响欧姆接触电极与金刚石之间的氧终端界面，有助于发展基于氧终端本征金刚石的高功率高频电子器件以及高性能辐射探测器。

技术特征：

1.一种测量高阻金刚石欧姆接触比接触电阻的方法，其特征在于该测量高阻金刚石欧姆接触比接触电阻的方法按照以下步骤实现：

2.根据权利要求1所述的测量高阻金刚石欧姆接触比接触电阻的方法，其特征在于步骤一氧终端本征金刚石上欧姆接触电极为pt基电极。

3.根据权利要求2所述的测量高阻金刚石欧姆接触比接触电阻的方法，其特征在于步骤一氧终端本征金刚石上欧姆接触电极的材质是ti/pt/au三层结构。

4.根据权利要求1所述的测量高阻金刚石欧姆接触比接触电阻的方法，其特征在于步骤二中氢化处理过程中控制微波功率大小为1.5～2.5kw。

5.根据权利要求1所述的测量高阻金刚石欧姆接触比接触电阻的方法，其特征在于步骤二中氢化处理过程中的气压大小为50～90torr。

6.根据权利要求1所述的测量高阻金刚石欧姆接触比接触电阻的方法，其特征在于步骤二中氢化处理过程中控制微波功率大小为2kw，气压大小为80torr。

7.根据权利要求1所述的测量高阻金刚石欧姆接触比接触电阻的方法，其特征在于步骤二中以600～700℃的温度氢化处理20～40min。

8.根据权利要求7所述的测量高阻金刚石欧姆接触比接触电阻的方法，其特征在于步骤二中以650℃的温度氢化处理30～40min。

9.根据权利要求1所述的测量高阻金刚石欧姆接触比接触电阻的方法，其特征在于步骤三中将氢化后的金刚石样品放置在空气中处理1.5～4h。

10.根据权利要求9所述的测量高阻金刚石欧姆接触比接触电阻的方法，其特征在于步骤三中将氢化后的金刚石样品放置在空气中处理2～3h。

技术总结
一种测量高阻金刚石欧姆接触比接触电阻的方法，本发明的目的在于解决高阻半导体尤其是氧终端本征金刚石难以使用TLM测试比接触电阻的问题。测量高阻金刚石欧姆接触比接触电阻的方法：一、取制备好欧姆接触TLM电极图案的氧终端本征金刚石作为金刚石样品；二、将金刚石样品放入微波等离子体化学气相沉积设备中，通入氢气，激活等离子体，进行氢化处理，得到氢化后的金刚石样品；三、将氢化后的金刚石样品放置在空气中进行转移掺杂；四、使用传输线法测试样品的比接触电阻。本发明将未被欧姆接触电极覆盖的氧终端金刚石表面转变为可二维空穴气导电、电阻极小的氢终端表面，降低了半导体薄层电阻，增大测试电流，减少了小电流造成的测试误差。

技术研发人员：刘康,范赛飞,朱嘉琦
受保护的技术使用者：哈尔滨工业大学
技术研发日：
技术公布日：2024/3/27