РОЗДІЛ 2.
МЕТОДИКА ВИГОТОВЛЕННЯ ЗРАЗКІВ І ТЕХНІКА ЕКСПЕРИМЕНТУ
2.1. Об’єкти досліджень
В даній роботі проведено дослідження бар’єрних та омічних контактів до карбіду
кремнію n-типу 4Н, 6Н, 15R та 21R політипів із концентрацією донорів 1016-1018
см-3 для різних зразків. Монокристали 6Н, 15R та 21R політипів були виготовлені
методом Лелі на Подольскому металургійному комбінаті (Російська Федерація) та
СКТБ Інституту Фізики напівпровідників ім. В.Є. Лашкарьова НАН України,
n-n+-4H SiC виготовлені на підкладках фірми Cree Research Inc. в Department of
Electrical Engineering University of South Carolina, USA [84]. Густина
дислокацій в монокристалах SiC, вирощених методом Лелі, складала 104ё106 см-2
для різних зразків, в епітаксійних n-n+?4H SiC структурах густина дислокацій не
перевищувала 104 см-2. Перед виготовленням діодних структур проведено
дослідження вихідного матеріалу – карбіду кремнію. На рис. 2.1. приведено
типову рентгенівську топограму поверхні карбідкремнієвої пластини n-6H SiC.
Помітно
Рис. 2.1. Рентгенівська топограма поверхні карбідкремнієвої пластини n-6H SiC.
нерівномірний характер розподілу структурних дефектів у досліджуваному
монокристалі 6Н SiC. Ближче до країв значно зростає кількість мікропор, у той
же час є деяка область зразка з хорошою структурною досконалістю.
Деякі параметри металізації та монокристалів SiC подано у таблиці (табл. 2.1).
Тильним омічним контактом у всіх структурах була нікелева металізація, яка
досліджувалась окремо. Шари Ni товщиною ~0,1 мкм напилювались резистивним
напиленням при температурі підкладки ~300 оС або магнетронним розпиленням на
непідігріту та попередньо оброблену фотонним очищенням поверхню SiC. Потім
проводився відпал металізації в атмосфері водню при Т = 1100 оС на протязі 90
с. Частина зразків оброблялась швидким термічним відпалом (ШТВ) некогерентним
ІЧ-випромінюванням від кварцових галогенних ламп при температурі 400, 600, 750,
900, 1100 оС в вакуумі ~10-2 Па на протязі 10 с.
Таблиця 2.1.
Технологічні параметри зразків з бар’єрним контактом ZrBx(Ti, TiBx)–n-4H(6H,
15R) SiC.
Бар’єрна структура
Грань
Nd
Товщина кожного металічного шару, нм
Отримання кристалів SiC
Метод нанесення контактів
Au–ZrBx–n-n+-4H SiC
Si
5Ч1016
50
епітаксія
магнетрон.
Au–ZrBx–n-6H SiC
Si
1018
50
Лелі
магнетрон.
Au–TiBx–n-6H SiC
Si
1018
50
Лелі
магнетрон.
Au–ZrBx–n-15R SiC
Si
1,8Ч1018
50
Лелі
магнетрон.
Au–Ti–n-6H SiC
Si
2,3Ч1018
50
Лелі
магнетрон.
2.1.1. Одержання й дослідження структури і фазового складу боридних фаз
Плівки TiBx одержували методом магнетронного розпилення у виробничих умовах
Державного підприємства НДІ “Оріон” (м. Київ). Розпилення провадилося в
атмосфері аргону при тиску в камері 5·10-3мм.рт.ст з порошкових мішеней
стехіометричного складу. Технологія магнетронного розпилення забезпечує досить
широкий діапазон швидкостей розпилення при використанні штатних режимів
магнетрона. На рис.2.2 приведено залежність швидкості напилювання боридів від
струму розряду магнетрона.
Рис. 2.2. Залежність швидкості напилювання TiBx від струму розряду магнетрона.
Для дослідження структури і фазового складу плівок використовувався
дифрактометр типу «ДРОН-2» і мідне Кб-випромінювання.
Дослідження структури тонких плівок (порядку 10-20нм) TiBx з допомогою
електронографії у режимі пропускання показали, що аморфна структура плівки
формується при відносно низьких швидкостях розпилення (2-6 Е/с). Відзначимо, що
електронографія в режимі пропускання дає можливість контролювати структури
плівки на початкових етапах формування. Дослідження шарів TiBx з товщинами
50ё100 нм проводилося методом електронографії у режимі відбивання. Кут падіння
й відбивання пучка електронів вибирався в інтервалі 3-10? до поверхні.
На рис. 2.3. представлені електронограми плівки TiBx у залежності від режиму
розпилення (струму розряду). Плівки наносилися на поверхню сколу кристала
хлористого натрію. Товщина плівок була порядку 50 нм.
Як видно з електронограм (рис. 2.3а, б), фіксуються сильно розмиті рефлекси
відбиття приблизно від площини (101), що мають 100% інтенсивність у гратці.
Реальна структура квазіаморфна з розмірами упорядкованих ділянок менш 3 нм. У
режимі зображення поверхні (рис. 2.3б, г) підтверджується наявність щільної
високодисперсної структури ніби «грунтуючої» поверхню підкладки.
а)
б)
в)
г)
д)
е)
Рис. 2.3. Електронограми й електронні мікрофотографії плівок TiBx, отримані при
різних режимах розпилення: а, б – струм розряду 0,2 А; в, г – струм розряду
0,4А; д, е – струм розряду 1А.
При збільшенні струму розряду до 1А структура шару стає більш кристалічною,
хоча залишається сильнодисперсною (розмір кристалічної області в аморфній фазі
може перевищувати 5 нм). Електронограма фіксує рефлекси уже від декількох
площин (101), (110), (111), однак розмитість ліній не дозволяє зробити
скільки-небудь точний розрахунок розмірів кристалічних областей.
Таким чином, для одержання оптимального бар’єрного чи антидифузійного шару
струм розряду не повинний перевищувати 0,4 A.
2.1.2. Обробка і корпусування структур
Відпал контактів проводився в потоці водню в печі, яка дозволяла нагрівати
зразки із швидкостями від 1800°С/хв. до 100°С/хв. Дослідження електрофізичних
параметрів бар’єрних контактів неможливе без знань про омічний контакт, тому
було проведено ряд досліджень, які спрямовані на визначення властивостей
омічного контакту, його стійкість до різного роду зовнішніх впливів. В таблиці
2.2 подано параметри досліджених нами омічних контактів.
Таблиця 2.2.
Параметри зразків з омічним контактом
Омічний
контакт
Грань
Отрим
Nd, см-3
Товщина плівки металу,
- Київ+380960830922