矽化鎢在n型氮化鎵之蕭特基接觸研究

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曾煥哲(Huan-Che Tseng) 查詢紙本館藏

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論文名稱

矽化鎢在n型氮化鎵之蕭特基接觸研究
(Characteristics of WSix Schottky contact on n-GaN)

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摘要(中)

本實驗研究以矽化鎢(WSix)於氮化鎵(GaN)之蕭特基接觸特性。利用共同濺鍍法成長矽化鎢薄膜於氮化鎵上。由I-V之量測得到，於未加熱之蕭特基能障大小約為0.5eV。而以RTA及爐管各30秒以及1小時，550、750、950℃熱處理後，發現矽化鎢薄膜可承受至950℃，1小時之處理，能障大小約上升至0.6eV。經由X-ray分析，在950℃溫度時，矽化鎢薄膜形成了四方柱體之結構。而由化學分析電子能譜儀之縱深分析，於950℃熱處理前後，矽化鎢與氮化鎵之界面保持良好。
矽化鎢於有低溫成長氮化鎵覆蓋層(LT-GaN)上，熱處理前後蕭特基能障大小約為1eV。而比較Ni/Au，Cr，Ti金屬於低溫成長氮化鎵覆蓋層上，仍發現其比理論值高，約為1eV。這有可能為低溫成長氮化鎵覆蓋層材料內部缺陷太高導致費米能階被固定住。

摘要(英)

The Schottky barrier heights of WSix contact s onto GaN are about 0.54eV,and they exhibited good thermal stability after 750℃ for 1 hour alloying. After 950℃for 1 hour alloying, SBH increases up to 0.65 eV. The Schottky barrier heights of WSix contact s onto LT-GaN are about 1eV,and they exhibited good thermal stability even a one-hour thermal alloying at 950 ℃.The Fermi level of LT-GaN might be pinned at 0.9~1 eV because of hightly defect density in LT-GaN. Compared to conventional Schottky barrier diodes, it was found that we could significantly reduce the leakage current in Schottky barrier diodes by introducing a LT-GaN cap layer on top GaN.

關鍵字(中)

★ 矽化鎢
★ 半導體
★ 蕭特基
★ 氮化鎵

關鍵字(英)

★ WSi
★ GaN
★ tungsten silicide
★ schottky
★ semiconductor

論文目次

摘要………………………………………………………………………………..Ⅰ
致謝………………………………………………………………………………..Ⅱ
目錄………………………………………………………………………………..Ⅲ
圖目錄……………………………………………………………………………..Ⅵ
表目錄……………………………………………………………………………..Ⅸ
第一章導論………………………………………………………………………..1
第二章實驗原理與實驗裝置……………………………………………………..3
2-1蕭特基接觸的原理………………………………………………………3
2-2濺鍍原理…………………………………………………………………6
2-3化學分析電子能譜儀原理………………………………………………8
2-4電阻量測原理……………………………………………………………9
2-5 X-ray繞射之基本理論………………………………………………11
第三章矽化鎢薄膜特性分析…………………………………………………....13
3-1矽化鎢薄膜成長………………………………………………………..13
3-2矽化鎢薄膜組成………………………………………………………..14
3-3矽化鎢薄膜電阻……………………………………………………….16
3-4矽化鎢薄膜之X-ray繞射數據分析…………………………………..17
3-5矽化鎢於氮化鎵上之縱深分析……………………………………….18
第四章蕭特基接觸製作………………………………………………………...20
4-1 樣品結構………………………………………………………………20
4-2 蕭特基接觸製作步驟…………………………………………………20
第五章矽化鎢蕭特基接觸特性分析…………………………………………..25
5-1 矽化鎢之氮化鎵蕭特基接觸………………………………………...25
5-2 矽化鎢蕭特基接觸於氮化鎵上之熱穩定性………………………...26
5-3 矽化鎢於具有低溫成長氮化鎵覆蓋層之蕭特基接觸……………...28
5-4 矽化鎢於氮化鎵樣品上及具有低溫成長氮化鎵覆蓋層樣品上之蕭特基接觸比較 …………………………………………………………....29
5-5 矽化鎢蕭特基接觸於低溫成長氮化鎵覆蓋層上之熱穩定性……...30
5-6 低溫成長氮化鎵材料對蕭特基能障高度的影響…………………...31
第六章結論與未來展望………………………………………………………..35
圖目錄
圖2-1 一孤立金屬靠近n型半導體能帶圖
圖2-2 熱平衡時，金半接觸能帶圖
圖2-3 熱離子發射
圖2-4 熱游離場發射
圖2-5 場發射
圖2-6 熱離子發射之電流傳輸 (a)熱平衡 (b)順向偏壓 (c)逆向偏壓
圖2-7 外加一直流偏壓下，其電漿環境示意圖
圖2-8 XPS 原理示意圖
圖 2-9 四點探針法示意圖
圖2-10 布拉格繞射理論 2dsinθ= nλ
圖3-1 濺鍍率與入射粒子能量的變化關係圖
圖3-2 鎢沈積速率與DC power 關係圖
圖3-3 矽沈積速率與RF power 關係圖
圖3-4 濺鍍機示意圖
圖3-5 矽化鎢薄膜與RF power關係圖
圖3-6 矽化鎢之XPS掃瞄能譜圖
圖 3-7 DC200W RF500W條件下濺鍍薄膜之XPS能譜(a)表面(b)表面下100A
圖3-8 DC50W RF500W條件下濺鍍薄膜之縱深XPS能譜
圖3-9 DC50W RF500W條件下濺鍍薄膜之縱深與原子組成關係圖
圖3-10 矽化鎢薄膜組成與RF power關係圖
圖3-11 矽化鎢薄膜片電阻與RF power 關係圖
圖 3-12 DC 50W與RF 500W成長之矽化鎢薄膜熱處理的溫度與片電阻關係圖
圖3-13 鎢與矽化合物之相圖
圖3-14 載具及 WSi0.8於GaN上熱處理前後之X-ray繞射譜圖
圖3-15 WSi2 tetragonal 之晶體結構圖
圖3-16 WSi0.8於GaN上熱處理前後之XPS能譜成分縱深分佈圖
(a) 熱處理前 (b) 爐管950℃熱處理 1小時
圖 4-1 樣品結構圖（a）氮化鎵樣品 (b)?有低溫成長氮化鎵覆蓋層?
圖 4-2 絕緣區
圖4-3?平台
圖4-4?歐姆接觸
圖4-5?蕭特基接觸
圖5-1 Ni/Au、WSi0.8及WSi1.6 於GaN上未做熱處理之順向I-V圖
圖5-2 Ni/Au、WSi0.8及WSi1.6 於GaN上未做熱處理之順向對數I-V圖
圖5-3 Ni/Au、WSi0.8及WSi1.6 於GaN上未做熱處理之反向對數I-V圖
圖5-4 WSi0.8於GaN上經過RTA熱處理之順向對數I-V 圖
圖5-5 WSi0.8於GaN上經過爐管熱處理之順向對數I-V 圖
圖5-6 WSi0.8於GaN上熱處理之溫度與蕭特基能障關係圖
圖5-7 WSi0.8於GaN上經過RTA熱處理之反向對數I-V 圖
圖5-8 WSi0.8於GaN上經過爐管熱處理之反向對數I-V 圖
圖5-9 Ni/Au、WSi0.8及WSi1.6 於LT-GaN上未做熱處理之順向對數I-V圖
圖5-10 Ni/Au、WSi0.8及WSi1.6 於LT-GaN上未做熱處理之順向I-V圖
圖5-11 GaN、LT-GaN及熱處理後之LT-GaN的X-ray 繞射譜圖
圖5-12 Ni/Au、WSi0.8及WSi1.6 於LT-GaN上未做熱處理之反向對數I-V圖
圖5-13 WSi0.8 於LT-GaN上經過RTA熱處理之順向對數I-V 圖
圖5-14 WSi0.8 於LT-GaN上經過爐管熱處理之順向對數I-V 圖
圖5-15 WSi0.8於LT-GaN上熱處理之溫度與蕭特基能障關係圖
圖5-16 WSi0.8於LT-GaN上經過RTA熱處理之反向對數I-V 圖
圖5-17 WSi0.8於LT-GaN上經過爐管熱處理之反向對數I-V 圖
圖5-18 Ni/Au , WSi0.8 , WSi1.6 , Cr , Ti 於LT-GaN上量測之能障高度與蕭特基能障高度理論值
表目錄
表3-1 元素在Ar、Ne不同能量撞擊下的濺射率
表3-2 鎢和矽選擇之功率條件
表3-3 鎢和矽選擇之功率條件
表3-4 鎢和矽選擇之功率條件
表3-5 矽化鎢薄膜熱處理條件
表3-5 W、 Si 、WSi2(tetragonal) 、 WSi2(hexagonal) 、W5Si3之X-ray 繞射波峰位置
表4-1 蕭特基接觸之熱處理條件

參考文獻

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指導教授

紀國鐘(Gou-Chung Chi)

審核日期

2004-7-6

推文