解释欧姆接触，GaN的欧姆接触实验

很多朋友对解释欧姆接触，GaN的欧姆接触实验不是很了解，每日小编刚好整理了这方面的知识，今天就来带大家一探究竟。

由于其优异的光电性能，GaN材料已成为固态照明、数字处理、光电器件和功率器件等半导体材料和器件领域的研究热点。金属与半导体的接触可以形成肖特基接触或非整流接触，即欧姆接触。欧姆接触不会产生明显的附加阻抗，不会显著改变半导体内部的平衡载流子浓度。

室温下n-GaN的电子亲和势为4.11eV。金属材料中Ti和Al的功函数低，适合与GaN欧姆接触。常用薄膜Ti/Al/Ni/Au。

一个好的欧姆接触必须有一个阻挡层L1，它最接近n-GaN，本质上必须金属化，电阻可以忽略不计，功函数要非常小。阻挡层为那些具有较高功函的金属扩散到n-GaN表面提供了阻挡层。在许多难熔和过渡金属化合物中，硼化物、碳化物和氮化物在化学和热力学上非常稳定。氮化物包括TiN、TaN、ZrN等。

过去，锡被用来阻止钛和铂之间的相互扩散。在n-GaN的欧姆接触中，TiN、TaN、ZrN等氮化物是首选。因为它们很容易通过势垒金属M1与n-GaN中的N原子的固态化学反应获得。在许多阻隔金属中，钛是一种非常活泼和难熔的金属。比co更活泼，阻挡层L1是M1N的化合物，M1N是n-GaN中氮原子的外扩散与阻挡层金属M1反应形成的化合物。

这些金属化合物是氮原子从n-GaN向外扩散形成的，在n-GaN中留下氮空位VN，可以起到浅施主的作用，非常有利于欧姆接触的形成。

M2成为覆盖层，作为催化剂促进N原子与阻挡层M1的固态化学反应，与M1形成功函数低、致密性好的合金。

低功函数金属Al是良好的包覆金属，因为它不会产生高功函数合金或厚的宽带隙材料。阻挡层和覆盖层金属都不应该扩散到接触表面形成氧化物/氢氧化物，因为氧化物和氢氧化物是绝缘的，会造成接触性能的明显下降。然而，阻挡层金属和覆盖层金属都容易氧化。

因此，有必要在覆盖层上添加一个或多个盖层。盖层的金属可以是单层金属(M4)或两层难熔金属。盖层的引入可以降低接触系统的总自由能。稳定的Au常用作帽金属，但Au和al的相互扩散容易到达GaN表面，不利于欧姆接触。因此，通常在Al和Au之间添加Ni作为隔离层，以防止Au扩散到GaN的表面。隔离层也可以选自钛、铬、铂、钯、钼等。倪就是常见的一个。

总之，金属层M1、M2、M3、 M4不会在n-GaN/M1/M2/M3/M4体系中自动建立化学平衡。因此，必须采用快速热退火(RTA)进行金属间扩散，使固相界面反应发生，形成一系列金属间化合物。以这种方式，大多数金属在反应中消失，并且反应产物替代地由具有低电阻和低功函数的薄金属阻挡层组成，例如L1A和L1B，以及阻挡层L1上的热稳定金属间合金。

这些层的实际组成取决于RTA时间、RTA温度和每层金属的厚度。因此，优化这些参数对于获得低阻抗和热稳定性金属合金是非常重要的。

Titanium/aluminum/nickel/gold=50A/1000A/200A/2000A.

高温退火过程中Ti/Al/Ni/Au和AlGaN/GaN之间的各种反应。首先，Al的熔点只有660，在高温退火过程中会先液化。部分液态Al将与下层的Ti反应形成Ti-Al二元相。Ti-Al二元相的熔点和电阻率低于Ti，可以促进AlGaN/GaN中Ti与N原子的反应。其次，液态Al会与AlGaN/GaN中的N反应生成AlN，会产生更多的N空位。

再次，液态Al和Ni也会发生反应，反应程度会随着Al比例或温度的增加而逐渐加深，同时反应会抑制液态Al的继续向上扩散。第四，Ti与AlGaN/GaN高温反应取代Ga，反应生成TiN。在这个过程中，Ga向外扩散，晶格中会出现大量Ga空位并造成电荷不平衡。为了缓解这种不平衡，附近的N原子会填充Ga空位，然后产生N空位。

Au在反应过程中的主要作用是保护Ti和Al在高温下不被氧化。整个反应过程直接决定了能否形成直接接触和隧道机制的效率。每层金属的配比、退火温度、时间等条件都会影响高温退火反应过程，直接体现在欧姆接触电阻上。

影响欧姆接触的另一个主要因素是n-GaN表面氮空位的积累。如果在RTA或表面处理中产生氮空位和镓空位，氮空位必须多于镓空位。N-GaN表面处理包括等离子体蚀刻或湿法蚀刻。表面处理应在金属化之前进行。

Mohammad指出，n-GaN的表面处理对于制造低电阻接触非常重要，原因有几个：1 .氧化物和氢氧化物，甚至残留的镓，都可以在GaN表面消除，形成含氮较少的GaN表面；2.刻蚀后的GaN表面粗糙，增加了接触面积，易于金属附着在GaN表面；3.刻蚀后的金属半导体表面的势垒高度低于肖特基势垒高度；4.在GaN表面产生大量的氮空位。

简单的湿法处理，如在电镀金属电极之前，浸泡在稀盐酸中进行表面处理。金属沉积的预处理。将样品浸泡在25%盐酸溶液中1分钟，去除表面自然氧化层，或浸泡在氨水中。建议使用Ti/Al/Ni/Au=200 A/1200 A/550 A/1000 A作为N-GaN的电极。RTA条件是氮气气氛，在10s内加热到850，保持30s，然后自然冷却，欧姆接触达到10-6次方。回顾唐子红

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