Metalloinnin erikoiskysymyksiä
Salmi, Joel (2014)
2014
Teknis-luonnontieteellinen koulutusohjelma
Luonnontieteiden tiedekunta - Faculty of Natural Sciences
This publication is copyrighted. You may download, display and print it for Your own personal use. Commercial use is prohibited.
Hyväksymispäivämäärä
2014-12-03
Julkaisun pysyvä osoite on
https://urn.fi/URN:NBN:fi:tty-201412031570
https://urn.fi/URN:NBN:fi:tty-201412031570
Tiivistelmä
Tämä diplomityö käsittelee metallikontaktien prosessointia p-GaAs- ja n-GaSb-puolijohteille. Työn tavoitteena on parantaa olemassa olevia kontakteja optimoimalla niiden metallikerroksia.
Ohmisten kontaktien teoriaa on tutkittu Fermi-tason lukkiutumisen kautta, joka johtuu puolijohteen pintatiloista. Ilmiö aiheuttaa Schottky-vallin muodostumisen metallin ja puolijohteen väliin. Varauksenkuljettajien pääasiallinen kulkutapa vallin ohi on tunneloituminen, ja vallin korkeus sekä leveys rajoittavat tunnelointivirtaa. Vaikka teorian perusteella metallin työfunktioilla on vain vähän vaikutusta Schottky-vallin ominaisuuksiin, metallit voivat epäsuorasti muuttaa vallia muokkaamalla puolijohteen pintaa. Eri metallien rooleja arvioidaan teoreettisesti ja tarkastellaan myöhemmin varsinaisten kontaktien pohjalta.
Kontaktien resistiivisyyksien mittaus perustuu TLM-malliin (engl. Transmission Length Method). Mallin mukaisesti testikontaktit ovat pitkittäisellä puolijohdekaistaleella ja kontaktien välisiä etäisyyksiä vaihdellaan. Resistanssin suuruuden ja kontaktien etäisyyden suhteesta saadaan resistanssille kaksi tekijää. Ensimmäinen tekijä riippuu etäisyydestä ja kuvaa puolijohteen osuutta resistanssista. Toinen tekijä on vakio ja kuvaa kontaktien resistanssia. Malli huomioi myös puolijohteen rajallisen johtavuuden käyttämällä kontaktin efektiivisen alan määrittävää siirtoetäisyyttä.
Kontaktinäytteiden prosessoinnissa etsattiin näytteen pintaan pitkittäiset puolijohdeharjanteet etsaus sekä kuvioitiin metallikontaktit harjanteiden päälle. Valmistuksen jälkeen näytteet mitattiin nelipistemittauksella ja kontaktien poikkileikkauksia kuvattiin pyyhkäisyelektronimikroskoopilla. Tulokset osoittivat, että erilaisilla metallien rakenteilla oli vaikutusta kontaktien ominaisuuksiin, mutta yleisesti tulokset olivat hyvin samankaltaisia keskenään. Tämä viittaa siihen, että kontaktien parantaminen vaatii myös toisenlaisia lähestymistapoja kuin metallien optimoinnin. Tällaisia lähestymistapoja on pohdittu mahdollisia tulevia kokeita varten.
Ohmisten kontaktien teoriaa on tutkittu Fermi-tason lukkiutumisen kautta, joka johtuu puolijohteen pintatiloista. Ilmiö aiheuttaa Schottky-vallin muodostumisen metallin ja puolijohteen väliin. Varauksenkuljettajien pääasiallinen kulkutapa vallin ohi on tunneloituminen, ja vallin korkeus sekä leveys rajoittavat tunnelointivirtaa. Vaikka teorian perusteella metallin työfunktioilla on vain vähän vaikutusta Schottky-vallin ominaisuuksiin, metallit voivat epäsuorasti muuttaa vallia muokkaamalla puolijohteen pintaa. Eri metallien rooleja arvioidaan teoreettisesti ja tarkastellaan myöhemmin varsinaisten kontaktien pohjalta.
Kontaktien resistiivisyyksien mittaus perustuu TLM-malliin (engl. Transmission Length Method). Mallin mukaisesti testikontaktit ovat pitkittäisellä puolijohdekaistaleella ja kontaktien välisiä etäisyyksiä vaihdellaan. Resistanssin suuruuden ja kontaktien etäisyyden suhteesta saadaan resistanssille kaksi tekijää. Ensimmäinen tekijä riippuu etäisyydestä ja kuvaa puolijohteen osuutta resistanssista. Toinen tekijä on vakio ja kuvaa kontaktien resistanssia. Malli huomioi myös puolijohteen rajallisen johtavuuden käyttämällä kontaktin efektiivisen alan määrittävää siirtoetäisyyttä.
Kontaktinäytteiden prosessoinnissa etsattiin näytteen pintaan pitkittäiset puolijohdeharjanteet etsaus sekä kuvioitiin metallikontaktit harjanteiden päälle. Valmistuksen jälkeen näytteet mitattiin nelipistemittauksella ja kontaktien poikkileikkauksia kuvattiin pyyhkäisyelektronimikroskoopilla. Tulokset osoittivat, että erilaisilla metallien rakenteilla oli vaikutusta kontaktien ominaisuuksiin, mutta yleisesti tulokset olivat hyvin samankaltaisia keskenään. Tämä viittaa siihen, että kontaktien parantaminen vaatii myös toisenlaisia lähestymistapoja kuin metallien optimoinnin. Tällaisia lähestymistapoja on pohdittu mahdollisia tulevia kokeita varten.