電気化学プロセスを利用したショットキー接合形成における溶液/半導体界面の反応機構

利用电化学过程形成肖特基结的溶液/半导体界面的反应机制

• 批准号: 10131201
• 负责人: 橋詰 保
• 金额: $ 1.15万
• 依托单位: Hokkaido University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research on Priority Areas (A)
• 财政年份: 1998
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 1998 至 无数据
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-10131201/
• 关键词: 電気化学プロセス; ショットキー接合; 溶液; 半導体界面; インジウムリン; フェルミ準位ピンニング; パルス法

金属-化合物半導体接合(ショットキー接合)界面においては、通常、フェルミ準位が禁制帯中の特定の位置に固定される、フェルミ準位のピンニング現象がおこるため、デバイスへの応用上、大きな制限が加わってきた。本研究では、パルス電界を利用して、化合物半導体の表面のエッチングと金属電極の形成を同一電解液中で行う、「その場」電気化学プロセスにおける、溶液/半導体界面の反応素過程の理解を基盤として、ショットキー接合界面のフェルミ準位ピンニング緩和機構を明らかにすることを目的とした。得られた成果を以下にまとめる。1) エッチングパルス数によって、エッチング深さの精密制御が可能となった。パルス幅を0.1msとした場合、InP表面で、平均エッチングレート3x10^<-5>nm/pulseが得られた。2) パルスメッキによる金属堆積初期過程をSEMおよびAFMで詳細に調べた結果、金属微粒子の核生成後、粒径が飽和するとともに微粒子の分布が密になることが明らかになった。さらに、メッキパルスのデューテイー比設定によって、粒径およびその分布の制御が可能となることが明らかになった。3) 電気化学プロセスで形成したショットキー界面は、酸化層フリー、ストレスフリーであることが示された。4) Pt/n-InPショットキー接合で、0.86eVという、これまでに報告例の無い極めて高い障壁高が実現された。また、n-GaAsおよびn-GaNに対するショットキー接合においても、熱電子放出理論に基づく電流-電圧特性が得られ、金属の種類に大きく依存した電流-電圧特性のシフトが観測された。5) 電流-電圧特性より求めたショットキー障壁高の金属仕事関数依存性を詳細に調べた結果、n-GaAsに対しては、仕事関数値に対する障壁値の変化率(界面定数)は0.25となり、これまでの代表的な値の2倍以上の変化率を得た。また、n-GaNに対しては、さらに高い界面定数0.49を得た。これは、金属の波動関数が半導体側にしみだして表面フェルミ準位を本質的にピンニングするというモデル(MIGSモデル)に基づく理論値(0.29)をはるかに凌ぐ値である。以上の結果は、本研究で開発された低温・低エネルギー電気化学プロセスによって、遷移層やストレスの無いショットキー接合が形成でき、フェルミ準位ピンニングの緩和により、金属の仕事関数に依存したショットキー障壁高のふるまいが得られたことを示唆する結果である。

Metal - compound semiconductor junction (シ ョ ッ ト キ ー joint) interface に お い て は, usually, フ ェ ル ミ quasi a が banned 帯 の particular の に fixed position in さ れ る, フ ェ ル ミ quasi a の ピ ン ニ ン グ phenomenon が お こ る た め, デ バ イ ス へ の 応 use, big き limitations な が plus わ っ て き た. This study で は, パ ル ス electricity industry を using し て, compound semiconductor surface の の エ ッ チ ン グ と metal electrode の form を で う, in the same electrolyte "そ の field" electric chemical プ 気 ロ セ ス に お け る, solution/semiconductor interface の anti の 応 element process understanding を base plate と し て, シ ョ ッ ト キ ー joint interface の フ ェ ル ミ quasi a ピ ン ニ ン グ を ease institutions For the purpose of ら にする にする とを とを と た た. The following are the られた results を にまとめる. 1) エ ッ チ ン グ パ ル ス number に よ っ て, エ ッ チ ン グ deep さ の precision suppression が may と な っ た. パ ル ス を picture 0.1 ms と し た occasions, InP surface で, average エ ッ チ ン グ レ ー ト 3 x10 ^ < - > 5 nm/pulse が have ら れ た. 2) パ ル ス メ ッ キ に よ る を metal accumulation in the early process SEM お よ び AFM で detailed に adjustable べ た results, the metal particles の after nucleation and particle size が saturated す る と と も に の particles distribution が dense に な る こ と が Ming ら か に な っ た. さ ら に, メ ッ キ パ ル ス の デ ュ ー テ イ ー than setting に よ っ て, particle size お よ び そ の distribution の suppression が may と な る こ と が Ming ら か に な っ た. 3) electrical 気 chemical プ ロ セ ス で form し た シ ョ ッ ト キ は ー interface layer, acidification フ リ ー, ス ト レ ス フ リ ー で あ る こ と が shown さ れ た. 4) Pt/n - InP シ ョ ッ ト キ ー joint で, 0.86 eV と い う, こ れ ま で に の report cases without い extremely め て high い barrier が be presently さ れ た. ま た, n - GaAs お よ び n - GaN に す seaborne る シ ョ ッ ト キ ー joint に お い て も, thermionic release theory に づ く current - electric 圧 characteristic が have ら れ, kinds of metal の に き く dependent し た current - electric 圧 characteristic の シ フ ト が 観 measuring さ れ た. 5) current - electric 圧 characteristic よ り o め た シ ョ ッ ト キ ー high barrier の metal shi matter number of masato dependency を detailed に adjustable べ た results, n - GaAs に し seaborne て は, shi masato the numerical に す seaborne る barrier numerical の - rates (destiny) interface は 0.25 と な り, こ れ ま で の represent な numerical の 2 times more than the の た を variations change rate. Youdaoplaceholder0 and n-GaNに give た to て て and さらに with a high また interface definite of 0.49を. こ れ は, metal の wave number of masato が semiconductor side に し み だ し て surface フ ェ ル ミ quasi を essence of に ピ ン ニ ン グ す る と い う モ デ ル (MIGS モ デ ル) に base づ く theory numerical (0.29) を は る か に ling ぐ numerical で あ る. は の results above, this study で 発 さ れ た low temperature, low エ ネ ル ギ ー electric chemical プ 気 ロ セ ス に よ っ て や, migration layer ス ト レ ス の no い シ ョ ッ ト キ ー joint が form で き, フ ェ ル ミ quasi a ピ ン ニ ン グ の ease に よ り number, metal の shi masato に dependent し た シ ョ ッ ト キ ー high barrier の ふ る ま い が have ら れ た こ と を in stopping す る knot The fruit である.

项目成果

H.Hasegawa: "Properties of Metal-Semiconductor Interfaces Formed on n-type GaN" Jpn.J.Appl.Phys., in press. 38. (1999)

H.Hasekawa：“n 型 GaN 上形成的金属-半导体界面的特性”Jpn.J.Appl.Phys.，出版中。

Y. Koyama: "Formation Processes and Properties of Schottky and Ohmic Contacts on n-type GaN for Field Effect Transistor Applications" Solid-State Electron.,in press. 43. (1999)

Y. Koyama：“用于场效应晶体管应用的 n 型 GaN 上肖特基和欧姆接触的形成过程和特性”，固态电子，出版中。

T.Hashizume: "Optimization of Schottky Gate Formation Process for n-Channel GaN MESFETs" Collected Abstracts of the 1998 Topical Workshop on Heterostructure Microelectronics for Information Systems Applications. 67 (1998)

T.Hashizume：“n 沟道 GaN MESFET 的肖特基栅极形成工艺的优化”收集了 1998 年信息系统应用异质结构微电子专题研讨会的摘要。

兼城千波: "電気化学プロセスによる化合物半導体ショットキー接合の形成と界面制御" 電子情報通信学会技術報告[電子デバイス]. ED98. 55 (1998)

Chinami Kaneshiro：“电化学过程中化合物半导体肖特基结的形成和界面控制”IEICE 技术报告 [电子器件] 55 (1998)。

T.Hashizume: "Control of metal-compound semiconductor interfaces by pulsed-mode electrochemical process" Collected Abstracts of International Symposium on Electrochemistry of Ordered Interfaces. 108 (1998)

T.Hashizume：“通过脉冲模式电化学过程控制金属化合物半导体界面”有序界面电化学国际研讨会摘要集。