PL218054B1 - Struktura półprzewodnikowa na bazie ZnO z barierą Schottky'ego - Google Patents

Struktura półprzewodnikowa na bazie ZnO z barierą Schottky'ego

Info

Publication number
PL218054B1
PL218054B1 PL390966A PL39096610A PL218054B1 PL 218054 B1 PL218054 B1 PL 218054B1 PL 390966 A PL390966 A PL 390966A PL 39096610 A PL39096610 A PL 39096610A PL 218054 B1 PL218054 B1 PL 218054B1
Authority
PL
Poland
Prior art keywords
zno
layer
schottky
barrier
semiconductor
Prior art date
Application number
PL390966A
Other languages
English (en)
Other versions
PL390966A1 (pl
Inventor
Eliana Kamińska
Anna Piotrowska
Original Assignee
Inst Tech Elektronowej
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Inst Tech Elektronowej filed Critical Inst Tech Elektronowej
Priority to PL390966A priority Critical patent/PL218054B1/pl
Publication of PL390966A1 publication Critical patent/PL390966A1/pl
Publication of PL218054B1 publication Critical patent/PL218054B1/pl

Links

Landscapes

  • Electrodes Of Semiconductors (AREA)

Description

Opis wynalazku
Przedmiotem wynalazku jest struktura półprzewodnikowa na bazie ZnO z barierą Schottky'ego przeznaczona do zastosowań w przyrządach dla przezroczystej i wysokotemperaturowej elektroniki oraz optoelektroniki, a zwłaszcza aktywnych przyrządów elektronicznych, takich jak cienkowarstwowe tranzystory polowe MESFET, diody mocy, fotodiody pracujące w zakresie nadfioletu i czujniki.
ZnO jest jednym z najbardziej perspektywicznych tlenków metali, ponieważ jest to półprzewodnik charakteryzujący się szeroką przerwą wzbronioną oraz dobrymi własnościami elektrycznymi, akustyczno-optycznymi i piezoelektrycznymi. Duża energia wiązania ekscytonu w ZnO zapewnia wysoką efektywność luminescencji w zakresie fioletu i nadfioletu. Dzięki szerokiej przerwie wzbronionej samoistna koncentracja nośników w ZnO jest znacznie niższa niż w konwencjonalnych półprzewodnikach, takich jak krzem i arsenek galu, co umożliwia pracę w wysokich temperaturach przy niskich prądach upływu. Ponadto, ZnO charakteryzuje się istotnie wyższą, w porównaniu z innymi półprzewodnikami, odpornością na promieniowanie jonizujące, co umożliwia pracę w przestrzeni kosmicznej i w reaktorach jądrowych.
Niedomieszkowany ZnO wykazuje samoistne przewodnictwo typu n, którego wielkość zależy od koncentracji rodzimych defektów donorowych, w tym przede wszystkim od wakansów tlenowych VO. Istotnym przyczynkiem do przewodnictwa elektronowego jest zanieczyszczenie wodorem, stosowanym powszechnie w technologii wzrostu ZnO, który wbudowując się w pozycje międzywęzłowe tworzy płytki poziom donorowy. To sprawia, że wytworzenie stabilnego i powtarzalnego ZnO typu p jest bardzo trudne i do tej pory nie opanowano technologii złącz p-n na bazie ZnO.
Bariera potencjału na międzypowierzchni prostującego złącza metal/półprzewodnik, odpowiedniego do zastosowania jako dioda, nosi nazwę bariery Schottky'ego. Podstawowym parametrem determinującym charakterystyki elektryczne złącza prostującego jest wysokość bariery Schottky'ego. W świetle klasycznej teorii kontaktu metal/półprzewodnik, wysokość bariery dla półprzewodnika typu n jest określona różnicą między pracą wyjścia metalu a powinowactwem elektronowym półprzewodnika. Zważywszy, że powinowactwo elektronowe ZnO wynosi -4.1-4.3 eV [B. J. Copa et al., Structural, microstructural and electrical properties' of gold films and Schottky contacts on remote plasma-cleaned n-type ZnO {0001} surfaces, J. Appl. Phys. 97, 103517 (2005)], dla uzyskania kontaktu prostującego metal/ZnO typu n używa się metalu o dużej pracy wyjścia (powyżej 5 eV), jak np. Au, Pd, Pt.
W znanych pracach eksperymentalnych jednakże nie wykazano współzależności między pracą wyjścia metalu a wysokością bariery [C. A. Mead, Surface barriers on ZnSe and ZnO, Phys. Lett. 18, 218 (1965)]. Dopiero badania przeprowadzone w ostatnim okresie na wysokiej jakości monokryształach ZnO wykazały, że powierzchnię ZnO charakteryzuje duża gęstość wakansów tlenowych, które maskują wpływ metalu na wysokość bariery i utrudniają wytworzenie dobrych barier Schottky'ego [L. J. Brillson et al., Dominant effect of near-surface native point defects on ZnO Schottky barriers, Appl. Phys. Lett. 90, 102116 (2007), M. W. Allen and S. M. Durbin, Influence of oxygen vacancies on Schottky contacts to ZnO, Appl. Phys. Lett. 92, 122110 (2008)].
Z pracy, H. I. Mosbacker et al., Role of near-surface states in ohmie-Schotky comersion of Au contacts to ZnO. Appl. Phys. Lett. 87, 012102 (2005) znana jest bariera Schottky'ego Au/ZnO typu n o wysokości 0,5 eV. Bariera o takich parametrach możliwa była do uzyskania dzięki odpowiedniej obróbce powierzchni ZnO w plazmie tlenowo-helowej.
Z pracy. K. Ip et al., Improved Pt/Au and W/Pt/Au Schottky contacts on n-type ZnO using ozone cleaning, Appl. Phys. Lett. 84, 5133 (2004) znana jest struktura zawierająca prostujący kontakt Pt/ZnO typu n z barierą Schottky'ego o wysokości 0,7 eV, który uzyskano poddając powierzchnię ZnO działaniu ozonu.
W pracy M. W. Allen et al., Silver oxide contacts on n-type ZnO, Appl. Phys. Lett. 91, 053512 (2007) opisano otrzymywanie bariery Schottky'ego przez osadzenie na podłożu ZnO warstwy tlenku srebra. Osadzanie to prowadzono za pomocą reaktywnego rozpylania katodowego srebra w plazmie z dodatkiem tlenu. Rozwijając tę koncepcję na inne metale, takie jak Ir, Pd i Pt, w pracy M. W. Allen et al., Oxidized noble metal Schottky contacts to n-type ZnO, Appl. Phys. Lett. 94, 103508 (2009) przedstawiono wyniki świadczące o tym, że nawet w przypadku metali szlachetnych, osadzanie metalizacji Schottky'ego w atmosferze wzbogaconej w tlen pozwala wytworzyć bariery Schottky'ego do ZnO.
Znanymi sposobami można uzyskać więc struktury półprzewodnikowe z barierami Schottky'ego poprzez zmniejszenie koncentracji wakansów tlenowych przed lub podczas osadzania metalizacji,
PL 218 054 B1 a użycie np. tlenku srebra dodatkowo tworzy na międzypowierzchni, po stronie metalizacji „rezerwuar tlenu, co pozytywnie wpływa na stabilność kontaktu z tlenkiem cynku.
Jednakże, zasadniczą wadą znanych struktur na bazie ZnO z barierami Schottky'ego jest to, że metalizacje w postaci cienkich warstw metalicznych są niestabilne termicznie w kontakcie z ZnO nawet w stosunkowo niskich temperaturach. Niestabilność ta powoduje degradację właściwości barier Schottky'ego, a dyfuzja wzdłuż granic ziaren lub rozległych defektów polikrystalicznych warstwach metalicznych jest bardzo szybka w porównaniu z dyfuzją objętościową już w temperaturach znacznie poniżej temperatury topnienia materiału. Najczęściej kontakty metaliczne w wyniku aktywowanej termicznie reakcji na międzypowierzchni metal/półprzewodnik tworzą albo z cynkiem stop eutektyczny (Au, Pd, Pt), albo z tlenem - tlenek (Al, Ta, Ir, Ag). W przypadku bariery Schottky'ego z tlenku srebra metalizacja ulega dekompozycji już w temperaturze 200-300°C na metaliczne srebro i tlen.
Celem wynalazku jest wytworzenie takiej struktury z barierą Schottky'ego, która byłaby stabilna termicznie w kontakcie z ZnO, zarówno w niskich, jak i podwyższonych temperaturach otoczenia.
Struktura półprzewodnikowa z barierą Schottky'ego według wynalazku posiada na powierzchni 14 -1 17 -3 półprzewodnika na bazie ZnO o koncentracji nośników 1 x 10 cm- + 5 x 10 cm- amorficzną warstwę przewodzącą w postaci TM-Si-O o grubości 5 + 100 nm. Zawartość TM i krzemu (Si) jest jednakowa i łącznie stanowi 33 ± 1% at., natomiast zawartość tlenu (O) wynosi 67 ± 1% at. W strukturze tej TM może być rutenem (Ru) lub irydem (Ir). Bariera Schottky'ego może być osadzona bezpośrednio na powierzchni półprzewodnika lub na powierzchni półprzewodnika pokrytej warstwą dielektryka podbramkowego.
Zastosowana metalizacja barierowa w postaci cienkiej warstwy TM-Si-O łączy w sobie zalety przewodzącego tlenku metalu z pozbawioną granic ziaren, odporną na dyfuzję, strukturą amorficzną tlenku krzemu. Jest stabilna termicznie w wysokich temperaturach, bowiem jej dekompozycja zaczyna się w 1000°C.
Wynalazek zostanie bliżej objaśniony na przykładzie wykonania struktury z barierą Schottky'ego Ru-Si-O. W pierwszym przykładzie struktura została wykonana na szafirowym podłożu pokrytym warstwą ZnO, a w drugim przykładzie bariera Schottky'ego wykonana z cienką warstwą dielektryka podbramkowego pomiędzy ZnO a metalizacją Ru-Si-O.
Przkładowa struktura ma szafirowe podłoże pokryte warstwą ZnO grubości 600 nm. Na war16 -3 stwie ZnO typu n o koncentracji nośników n = 1 x 1016 cm-3 znajduje się amorficzna cienka przewodząca warstwa barierowa typu TM-Si-O o grubości 50 nm. W przykładzie TM jest rutenem (Ru), a sumaryczna zawartość atomowa Ru i Si w warstwie wynosi 33 ± 1% at., przy jednakowej ilości obu składników mierzonej z dokładnością ± 5%. Natomiast zawartość tlenu w tej warstwie to 67 ± 1% at.
Strukturę tą wykonano na podłożu z szafiru o orientacji (0001). W procesie rozpylania katodowego nałożono z targetu ZnO warstwę ZnO o grubości 600 nm. Następnie, podłoże z warstwą umieszczono w piecu i poddano wygrzewaniu w przepływie tlenu w temperaturach kolejno 400°C, 500°C i 600°C po 15 min. Taka obróbka termiczna miała na celu poprawę mikrostruktury warstwy ZnO. Na podstawie pomiarów metodą dyfrakcji rentgenowskiej stwierdzono, że po wygrzewaniu warstwa charakteryzowała się preferowaną orientacją (0001). Pomiary efektu Halla wykazały, że warstwa
-3
ZnO jest typu n o koncentracji nośników ładunku ok. 1,5 x1016 cm-3. Następnie, na powierzchni warstwy ZnO metodą fotolitografii lift-off i naparowania wykonano kontakty omowe w postaci dwuwarstwy Ti/Al, o grubości odpowiednio 20/100 nm, w kształcie pierścieni o średnicy wewnętrznej 325 μm i szerokości 150 μm i wygrzano je w 200°C przez 1 min. w przepływie argonu.
Po zakończeniu tego procesu materiał umieszczono w urządzeniu do rozpylania katodowego w celu osadzania na powierzchni ZnO metalizacji bariery Schottky'ego. Warstwę barierową Ru-Si-O osadzano z targetu RuSi metodą reaktywnego rozpylania katodowego RF czy ciśnieniu roboczym 5 x
10-3 mbar w plazmie o składzie 80% Ar i 20% O2 i mocy 100 W. Grubość warstwy wynosiła 50 nm. W celu wykonania połączeń drutowych na warstwę Ru-Si-O osadzono dodatkowo warstwę Au o grubości 150 nm. Taką strukturę dwuwarstwową ukształtowano w kółka o średnicy 300 μm, współśrodkowe z pierścieniami kontaktów omowych metodą fotolitografii lift-off.
Badanie strukturalne i analiza składu wykazały, że warstwa Ru-Si-O ma strukturę amorficzną i skład odpowiadający RuSiO4, tj. 15 at. % Ru, 18 at. Si i 67 at.% O. Rezystywność warstwy określona -3 za pomocą pomiaru sondą czteroostrzową wynosiła 1,5 x 10-3 Ω cm. Natomiast wyznaczona z pomiarów charakterystyk prądowo-napięciowych wysokość bariery Schottky'ego Ru-Si-O/ZnO typu n wynosiła 0,85 eV. Na podstawie pomiarów profili składu złącz Ru-Si-O/ZnO po wygrzewaniu w 400°C me4
PL 218 054 B1 todą spektroskopii masowej jonów wtórnych stwierdzono, że na międzypowierzchni złącza nie ma żadnych śladów reakcji, co świadczy o stabilności termicznej złącza.
Drugą przykładową strukturę z barierą Schottky'ego wykonano z cienką warstwą dielektryka podbramkowego pomiędzy ZnO a metalizacją Ru-Si-O w celu zwiększenia wysokości bariery potencjału oraz z warstwą pasywacyjną dwutlenku krzemu na powierzchni ZnO. W procesie rozpylania katodowego nałożono na podłożu z szafiru o orientacji (0001), w procesie jak w pierwszym przykładzie, warstwę ZnO o grubości 600 nm i przykryto ją in situ warstwą SiO2 o grubości 10 nm wytworzoną na drodze rozpylania katodowego. Następnie, podłoże z warstwami ZnO/SiO2 umieszczono w piecu i poddano wygrzewaniu w przepływie tlenu temperaturach kolejno 400°C, 500°C i 800°C po 15 min. w celu udoskonalenia mikrostruktury warstwy ZnO. Po wygrzewaniu warstwa charakteryzowała się preferowaną orientacją (0001). Pomiary efektu Halla wykazały, że warstwa ZnO jest typu n o koncen17 -3 tracji nośników ładunku ok. 2 x 1017cm-3.
Następnie, w warstwie SiO2 metodą fotolitografii i trawienia wykonano otwory pod kontakty omowe w kształcie pierścieni o średnicy wewnętrznej 225 μm i szerokości 150 μm, po czym naparowano metalizację w postaci dwuwarstwy Ti/Al (20/100 nm) i jak poprzednio poddano ją obróbce termicznej.
W kolejnym etapie, w warstwie SiO2 metodą fotolitografii i trawienia wykonano otwory do osadzenia metalizacji Schottky'ego w postaci kółek o średnicy 200 μm, współśrodkowych z pierścieniami kontaktów omowych. Następnie, materiał umieszczono w urządzeniu do rozpylania katodowego w celu osadzania in situ warstwy dielektryka podbramkowego dwutlenku cyrkonu (ZrO2) i metalizacji bariery Schottky'ego Ru-Si-O. Warstwę ZrO2 osadzono metodą reaktywnego rozpylania katodowego z targetu Zr w atmosferze 70% Ar i 30% O2, zaś warstwę barierową Ru-Si-O - z targetu RuSi metodą reaktywnego rozpylania katodowego tak jak w przykładzie pierwszym. Grubość dwuwarstwy ZrO2/RuSi-O wynosiła 6 nm/50 nm. W celu wykonania połączeń drutowych na warstwę Ru-Si-O osadzono dodatkowo warstwę Au o grubości 150 nm. Wysokość bariery Schottky'ego Ru-Si-O z dielektrykiem podbramkowym ZrO2, wyznaczona z pomiarów charakterystyk prądowo-napięciowych, wynosiła 1,15 cV.

Claims (4)

1. Struktura półprzewodnikowa z barierą Schottky'ego wykonaną na powierzchni półprzewodnika na bazie ZnO w postaci podłoża lub warstwy, znamienna tym, że na powierzchni półprzewodnika,
14 -3 17 -3 o koncentracji nośników n = 1 x 10 cm' + 5 x 10 cm znajduje się amorficzna warstwa przewodząca w postaci TM-Si-O o grubości 5 + 100 nm, przy czym zawartość TM i krzemu w warstwie jest jednakowa i łącznie stanowi 33 ± 1% at, natomiast zawartość tlenu wynosi 67 ± 1% at.
2. Struktura według zastrz. 1, znamienna tym, że warstwa TM-Si-O znajduje się na dielektryku podbramkowym osadzonym bezpośrednio na powierzchni półprzewodnika na bazie ZnO.
3. Struktura według zastrz. 1 lub 2, znamienna tym, że TM jest rutenem (Ru).
4. Struktura według zastrz. 1 lub 2, znamienna tym, że TM jest irydem (Ir).
PL390966A 2010-04-12 2010-04-12 Struktura półprzewodnikowa na bazie ZnO z barierą Schottky'ego PL218054B1 (pl)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
PL390966A PL218054B1 (pl) 2010-04-12 2010-04-12 Struktura półprzewodnikowa na bazie ZnO z barierą Schottky'ego

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
PL390966A PL218054B1 (pl) 2010-04-12 2010-04-12 Struktura półprzewodnikowa na bazie ZnO z barierą Schottky'ego

Publications (2)

Publication Number Publication Date
PL390966A1 PL390966A1 (pl) 2011-10-24
PL218054B1 true PL218054B1 (pl) 2014-10-31

Family

ID=44838407

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PL390966A PL218054B1 (pl) 2010-04-12 2010-04-12 Struktura półprzewodnikowa na bazie ZnO z barierą Schottky'ego

Country Status (1)

Country Link
PL (1) PL218054B1 (pl)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
PL441922A1 (pl) * 2022-08-02 2024-02-05 Sieć Badawcza Łukasiewicz - Instytut Mikroelektroniki I Fotoniki Bariera Schottky'ego dla struktur półprzewodnikowych na bazie β-Ga₂O₃ oraz sposób wytwarzania tej bariery

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
PL441922A1 (pl) * 2022-08-02 2024-02-05 Sieć Badawcza Łukasiewicz - Instytut Mikroelektroniki I Fotoniki Bariera Schottky'ego dla struktur półprzewodnikowych na bazie β-Ga₂O₃ oraz sposób wytwarzania tej bariery

Also Published As

Publication number Publication date
PL390966A1 (pl) 2011-10-24

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Sacchetto et al. ITO/MoOx/a-Si: H (i) hole-selective contacts for silicon heterojunction solar cells: degradation mechanisms and cell integration
JP7145077B2 (ja) 構造物、その製造方法、半導体素子及び電子回路
Sheng et al. Schottky diode with Ag on (1120) epitaxial ZnO film
JP5837299B2 (ja) コンタクトおよび作製方法
JP6169605B2 (ja) 薄膜トランジスタの製造方法
US8623153B2 (en) Method to prepare a stable transparent electrode
US20190013389A1 (en) Laminated article
US20200266304A1 (en) Laminated body
Ravikumar et al. Investigation on microstructural and opto-electrical properties of Zr-doped SnO2 thin films for Al/Zr: SnO2/p-Si Schottky barrier diode application
Ilican et al. XPS Studies of Electrodeposited Grown F‐Doped ZnO Rods and Electrical Properties of p‐Si/n‐FZN Heterojunctions
Ke et al. The characteristics of IGZO/ZnO/Cu2O: Na thin film solar cells fabricated by DC magnetron sputtering method
Hwang et al. Non-surface-treated Au/ZnO Schottky diodes using pre-annealed hydrothermal or sol-gel seed layer
Patel et al. Rapid Thermal Treatment of Reactive Sputtering Grown Nanocrystalline Co3O4 for Enhanced All‐Oxide Photovoltaics
Uslu et al. On the mechanism of current-transport in Cu/CdS/SnO2/In–Ga structures
Sharma et al. Low resistance ohmic contact of multi-metallic Mo/Al/Au stack with ultra-wide bandgap Ga2O3 thin film with post-annealing and its in-depth interface studies for next-generation high-power devices
de Castro et al. Effect of growth techniques on the structural, optical and electrical properties of indium doped TiO2 thin films
Jin et al. Schottky diodes on ZnO thin films grown by plasma-enhanced atomic layer deposition
PL218054B1 (pl) Struktura półprzewodnikowa na bazie ZnO z barierą Schottky'ego
Yang et al. Measurement of contact resistivity at metal-tin sulfide (SnS) interfaces
Li et al. Over 500° C stable transparent conductive oxide for optoelectronics
CN118749137A (zh) 基于氧化银/β-氧化镓异质结的日盲光电探测器及制造其的方法
CN104124290B (zh) 一种含Te-Ti-Cu预置层的碲化镉太阳电池
KARAKUŞ et al. Current–Voltage Characteristics of Al/(CdO: ZnO: NiO: Ti)/p-Si/Al Quaternary Functional Schottky Diodes
Montgomery et al. Development of ZnO-InP heterojunction solar cells for thin film photovoltaics
CN115274872B (zh) 一种紫外光电探测器及其制备方法与应用

Legal Events

Date Code Title Description
LICE Declarations of willingness to grant licence

Effective date: 20140408