بخشی از مقاله
چکیده
در این مقاله دیودهای شاتکی Al/p-Si به روش لایه نشانی تبخیر حرارتی بر بستر سیلیکان نوع پذیرنده ساخته و مشخصه یابی شدند. پارامتر های فاکتور ایدهآل، ارتفاع سد شاتکی و جریان اشباع معکوس با اندازهگیری منحنی جریان- ولتاژ دیود های بازپخت شده در محدوده دمایی 350-100 °C و تحلیل بر اساس نظریه گسیل گرما یونی بدست آمدند. تأثیر بازپخت بر روی پارامترهای شاتکی بررسی شد و دریافتیم که دمای مناسب بازپخت 300 °C میباشد.
مقدمه
اتصالات فلز- نیمرسانا اغلب در مدارهای مجتمع، به عنوان دریچه مسفت یا موسفت، در آشکارسازها و سلولهای خورشیدی استفاده میشوند. مضافا اینکه اتصالات فلز- نیمرسانا، یکسوساز هایی هستند که در مدارهای کلیدزنی سریع ، منابع تغدیه سوئیچینگ، مایکروویو و همچنین قطعات نیمرسانا پیچیده کاربرد دارند و به صورت گسترده مورد مطالعه قرار گرفته اند
کیفیت اتصالات فلز- نیمرسانا نقش مهمی در عملکرد ابزارهای نیمرسانای و صنعت الکترونیک بازی میکند. لذا درک ویژگیهای ساختاری و الکتریکی آنها همواره مورد توجه پژوهشگران فیزیک و الکترونیک بوده است. واکنش فاز جامد در زیر دمای ذوب بین یک فیلم نازک فلزی و یک نیمرسانای تک بلوری می تواند منجر به شکل گیری سد شاتکی در فصل مشترک آنها شود. قابلیت اطمینان و کیفیت مطلوب یک تماس فلز- نیمرسانا، برای عملکرد مطلوب در مدارهای الکترونیکی و ابزارهای مربوطه ضروری است.
بطور مثال تکنولوژی مدارهای مجتمع و اتصالات درونی به اتصالات فلز- نیم رسانایی که پایداری حرارتی و مقاومت کمی دارند، نیاز دارند
بازپخت حرارتی دیود شاتکی - پس از فرآیند ساخت - رایجترین فرآیند مورد استفاده برای ایجاد کیفیت مطلوب و پایداری این دیودها میباشد
در این مقاله، ابتدا دیودهای شاتکی Al/p-Siبه روش لایه نشانی تبخیر حرارتی بر بستر سیلیکان نوع پذیرنده ساخته و سپس مشخصات الکتریکی - فاکتور ایدهآل، جریان اشباع معکوس و ارتفاع سد شاتکی - نمونه های ساخته و بازپخت شده را با برازش نمودار های جریان- ولتاژ تجربی بر اساس تئوری گسیل گرمایونی تعیین و مطالعه گردید.
روش ساخت و اندازه گیری
در این تحقیق از بستر سیلیکون نوع- p - آلاییده با بور - با جهت کریستالی - 100 - و مقاومت ویژه 10 اهم - سانتیمتر و ضخامت 500 میکرومتر به عنوان زیرلایه - بستر - استفاده شد. ابتدا بستر سیلیکونی قبل از لایه نشانی با استفاده از روش لایه برداری RCA به صورت شیمیایی تمیز گردید.
از سیستم لایه نشانی تبخیر حرارتی مدل VAC BUS78535 ساخت کشور فرانسه برای لایه نشانی فلز آلومینیوم استفاده شد. هدف مشخصه یابی الکتریکی - I-V - پیوند شاتکی Al/p-Si می باشد و لازمه آن ایجاد اتصال الکتریکی - اهمی - بر طرف دیگر - بستر - است لذا لایهای از فلز آلومینیم به ضخامت 150 نانومتر در یک طرف بستر سیلیسیمی مطابق شکل 1 لایه نشانی شد وسپس نمونه بمدت 10 دقیقه در کوره با دمای 450 درجه سانتی گراد و حاوی گاز نیتروژن قرار داده شد تا اتصال اهمی فلز- نیمرسانا شکل گیرد.
در این شرایط نفوذ سریع اتمهایAl در بستر p-Si باعث ایجاد لایه نانومتری p++ - تبهگن - می شود که خواص اتصال اهمی را داراست. در مرحله بعد با لایه نشانی مجدد آلومینیوم در طرف دیگر بستر، عدم بازپخت و یا در دمای پایین - ونفوذ ناچیز اتمهای Al در بستر - اتصال شاتکی فلز- نیمرسانا ایجاد و فرآیند اسمی ساخت دیود سد شاتکی انجام شد. سر راست ترین شیوه مطالعه دیود ساخته شده بررسی منحنی تغییرات جریان عبوری از دیود بر حسب ولتاژ اعمالی به آن است ولذا از دستگاه Measurment I-V مدل KEITHEY 2400LV برای اندازهگیری منحنی مشخصه جریان- ولتاژ دیود های ساخته شده استفاده شد.
شکل :1 شمای کلی از دیود ساخته شده.
نتایج تجربی و بحث
به تحقیق ثابت شده است که دیود شاتکی Al/p-Si ساخته شده - در دمای اتاق - 27œC کیفیت مطلوب را ندارد - بطور مثال کاملا یکسو کننده نیست - چنانچه منحنی I-V اندازه گیری شده مؤید این مطلب است. لذا دیودهای ساخته شده بمدت 5 دقیقه در کوره ای در گستره دمایی 350-100 درجه سانتی گراد بازپخت - آنیل - شدند
و منحنی های I-V اندازه گیری شده مطالعه و مقایسه گردید. نتایج تجربی حاصل از بازپخت در دماهای 100 ، 200 ،250 ، 300 و 350 درجه سانتیگراد در شکل 2 نشان داده شده است.
جریان عبوری I از دیود سد شاتکی تحت بایاس مستقیم V را می توان با نظریه گسیل گرمایونی بصورت رابطه زیر بیان کرد:
جدول 1 مقادیر به دست آمده برای فاکتور ایدهآل و ارتفاع سد
شاتکی و جریان اشباع معکوس را نشان میدهد. از مقایسهی آنها در می یابیم که کمترین مقدار جریان اشباع معکوس نتیجه بازپخت در دمای 300 درجه و در توافق با نتیجه تجربی مربوطه است لذا در می یابیم که دمای مطلوب بازپخت 300 درجه سانتیگراد میباشد و در این دما یکسوسازی مناسبی از نمونه دیده میشود. با افزایش دما بیش از آن، فاکتور ایده آل و جریان اشباع معکوس افزایش می یابند.
جدول:1 جریان اشباع معکوس، ارتفاع سد شاتکی و فاکتور ایدهآل دیود شاتکی Al/p-Si بازپخت شده در دماهای مختلف.
شکل -2 منحنی های جریان-ولتاژ دیود شاتکی Al/p-Si بازپخت شده در دماهای مختلف.
در این معادله I 0 جریان اشباع معکوس، A مساحت دیود شاتکی، A ثابت ریچاردسون، VT = kT/e = 0.026 - ولتاژ گرمایی - ، T دمای نمونه ، k ثابت بولتزمن و n فاکتور ایدهآل میباشد.
فاکتور ایدهآل از شیب ناحیه خطی بایاس مستقیم مشخصه نیمه لگاریتمی جریان- ولتاژ توسط رابطه زیر به دست میآید:
با استفاده از جریان اشباع معکوس به دست آمده از عرض از مبدأ منحنی نیمهلگاریتمی میتوان ارتفاع سد شاتکی را از رابطه زیر به دست آورد:
ملاحظه میشود که ارتفاع سد شاتکی و فاکتور ایدهآل با افزایش دمای بازپخت افزایش مییابند. نتایج مشابهی توسط کارتس و همکارانش در بررسی اثر بررسی بازپخت بر پارامترهای دیود شاتکی Co/p-Si مشاهده شد. همچنین نتایج به دست آمده از بازپخت دیود شاتکی ساخته شده در توافق با گزارشات ارائه شده توسط گولن و همکارانش است.در شکلهای 3 و 4 بستگی فاکتور ایدهآل و ارتفاع سد شاتکی به دمای بازپخت نشان داده شده است
