黑矽材料與金屬電極之間歐姆接觸的判定與測試方法
2023-05-31 03:49:16 1
專利名稱：黑矽材料與金屬電極之間歐姆接觸的判定與測試方法
黑矽材料與金屬電極之間歐姆接觸的判定與測試方法技術領域
本發明屬於半導體光電子材料與器件技術領域，特別涉及黑矽材料與金屬電極之間歐姆接觸的判定與測試方法。
背景技術：
黑矽是哈佛大學Mazur教授研究組利用飛秒雷射在一定氣體環境下照射單晶矽片表面時得到的一種矽材料。所得的黑矽材料表面包含準規則排列的微米量級的錐狀結構，並具有高濃度硫族(氧族)原子摻雜層。實驗證明，黑矽材料對250 2500nm波長的光幾乎全部吸收，同時它對入射光極其敏感，與基於傳統矽晶片製作的光電探測器相比，黑矽晶片對光的敏感度可提升100 500倍，且對近紅外光具有良好的響應。這些優點使得黑矽材料在矽光電探測器及太陽能電池等領域具有重要的應用價值。
在半導體科學中，不論是對半導體物理和對材料性能的研究，還是半導體器件的製造，總需要有金屬與半導體相接觸，這是必不可少的。金屬與半導體接觸可以分為兩類 一類是整流接觸，這類接觸正向與反向的「電流-電壓」呈非線性關係；另一類是在正反兩個方向上都有線性「電流-電壓」特性的歐姆接觸。由於不良的電接觸會引起大的肖特基勢壘高度，產生很大的接觸電阻，使得半導體器件的「電流-電壓」特性不是由半導體材料本身的電阻確定，而是由半導體材料與金屬電極的接觸類型確定。通常半導體器件和用來測試半導體參數的樣品都要求用歐姆接觸來連接。歐姆接觸質量的好壞，接觸電阻的大小直接影響到器件的效率、增益和開關速度等性能指標。
衡量歐姆接觸質量的一個非常重要的參數就是比接觸電阻P。，它是器件化應用中關鍵的參考依據，傳輸線模型法(TLM法)，以其理論成熟、測試方便而且可以比較準確的求出金屬-半導體接觸的比接觸電阻和半導體的面電阻等優點，成為目前普遍採用的測試方法，如
圖1所示。首先，在待測薄膜8上製備間距不同的條形電極(如1、2、3、4、5)，每個電極的長為L，寬為W。然後，分別在兩不同間距dn的條形電極之間通電流或電壓，並求得總電阻Rm，這可由下式表示
權利要求
1.黑矽材料與金屬電極之間歐姆接觸的判定與測試方法，包括以下步驟步驟1 在黑矽材料(8)表面沉積三個大小相同、間距相等的方形金屬電極(1 3)，同時在與黑矽材料(8)接觸的單晶矽(9)背面沉積金屬對電極(10)；步驟2 用半導體參數測試儀(1 在黑矽材料(8)表面任意相鄰的兩個方形金屬電極之間施加一個正向電壓偏置U+ ；同時用可變電壓源(11)在黑矽材料(8)表面餘下的一個方形金屬電極與金屬對電極(10)之間施加一個反向電壓偏置U_;步驟3 逐漸增加反向電壓偏置IL的大小，能夠觀察到隨著反向電壓偏置IL的增大，正向電壓偏置U+對應的黑矽材料(8)表面兩個方形金屬電極之間的電流逐漸減小，並最終達到一個穩定值；此時黑矽/單晶矽異質結完全反偏，此時的反向電壓值為完全反偏電壓值； 記錄下此時半導體參數測試儀(1 的電壓、電流值和完全反偏電壓值；步驟4 在如步驟2中所述反向電壓偏置IL不低於步驟3中所述完全反偏電壓值，即保證黑矽/單晶矽異質結完全反偏的條件下，改變如步驟2中所述正向電壓偏置U+的大小，並記錄黑矽材料(8)表面任意相鄰的兩個方形金屬電極在不同正向電壓偏置U+下的電流值； 步驟5 根據步驟4記錄的黑矽材料(8)表面任意相鄰的兩個方形金屬電極在不同正向電壓偏置U+下的電流值，得到金屬/黑矽的I-V特性曲線並根據此I-V特性曲線判定黑矽材料與金屬電極之間的接觸類型若金屬/黑矽的I-V特性曲線為直線，則黑矽材料與金屬電極之間的接觸類型為歐姆接觸；若金屬/黑矽的I-V特性曲線為曲線，則黑矽材料與金屬電極之間的接觸類型為整流接觸。
2.歐姆接觸的黑矽材料與金屬電極之間的比接觸電阻的測試方法，包括以下步驟 步驟1 在在黑矽材料(8)表面沉積六個大小相同、間距依次增加的條形金屬電極(1 6)，同時在與黑矽材料(8)接觸的單晶矽(9)背面沉積金屬對電極(10)；步驟2:用可變電壓源在黑矽材料(8)表面的第一條形金屬電極(1)與金屬對電極 (10)之間施加一個反向電壓偏置U_;同時用半導體參數測試儀(1 在黑矽材料(8)表面餘下的任意相鄰的兩個條形金屬電極之間施加一個正向電壓偏置U+ ；步驟3 逐漸增加反向電壓偏置IL的大小，能夠觀察到隨著反向電壓偏置IL的增大，正向電壓偏置U+對應的黑矽材料(8)表面餘下任意兩個條形金屬電極之間的電流逐漸減小， 並最終達到一個穩定值；此時黑矽/單晶矽異質結完全反偏，此時的反向電壓值為完全反偏電壓值；步驟4 在如步驟2中所述反向電壓偏置IL不低於步驟3中所述完全反偏電壓值，即保證黑矽/單晶矽異質結完全反偏的條件下，用半導體參數測試儀(1 在黑矽材料(8)表面餘下任意兩個不同間距的條形金屬電極之間施加恆定的正向電壓偏置，並測出電流強度， 從而求得不同間隔的電極之間的總電阻Rm ；步驟5 作出總電阻Rm與不同電極間距《之間的函數關係直線，根據傳輸線模型法中的計算公式
全文摘要
黑矽材料與金屬電極之間歐姆接觸的判定與測試方法，屬於半導體光電子材料與器件技術領域。本發明的方案要點為1、通過帶反向電壓偏置的三電極橫向測試裝置，直接測試金屬/黑矽材料的I-V特性曲線，判定黑矽材料與金屬電極之間的接觸類型。2、用帶反向電壓偏置的傳輸線模型法(TLM法)對黑矽材料的歐姆接觸進行測試，得出其比接觸電阻。本發明解決了傳統的金屬/黑矽/單晶矽三明治結構中黑矽/單晶矽異質結對黑矽材料歐姆接觸的判定和測試造成的影響，能精確測試金屬/黑矽的比接觸電阻值。
文檔編號G01R27/14GK102565600SQ20121003916
公開日2012年7月11日 申請日期2012年2月21日 優先權日2012年2月21日
發明者何敏, 吳志明, 李世彬, 李偉, 李雨勵, 蔣亞東, 趙國棟 申請人:電子科技大學