【摘要】：在實(shí)際生產(chǎn)和研究中所使用的半導(dǎo)體材料都并非理想結(jié)構(gòu),都含有缺陷。它們可能是外來(lái)原子(雜質(zhì)),也可能是本身晶體結(jié)構(gòu)方面的缺陷。半導(dǎo)體材料在生產(chǎn)制備和器件加工的工藝過(guò)程中往往會(huì)引入很多深能級(jí)缺陷,這些缺陷成為載流子復(fù)合中心降低了載流子壽命,從而嚴(yán)重影響到器件的各種參數(shù)。對(duì)半導(dǎo)體材料中電活性缺陷的研究在對(duì)材料電學(xué)性能評(píng)價(jià)、提高器件工作性能、器件可靠性研究、失效分析等方面,有著非常重要的意義。對(duì)缺陷的研究也是多方面的,包括缺陷的來(lái)源、缺陷在器件中的位置、缺陷的類型、缺陷的電學(xué)性質(zhì)(缺陷能級(jí)、對(duì)載流子的俘獲截面)等。本文以InGaAs、AlN、c-Si、a-Si_(1-x)Ru_x四種材料體系為研究對(duì)象,采用磁控濺射、PECVD等成膜方法,并綜合運(yùn)用Raman、TEM、CV、DLTS等多種手段,對(duì)半導(dǎo)體薄膜材料中的電活性缺陷進(jìn)行了深入研究,分為以下四部分:(1)DLTS研究結(jié)果表明,MBE外延的N型InGaAs材料在生長(zhǎng)過(guò)程中就已經(jīng)引入了深能級(jí)缺陷,缺陷能級(jí)位置在距離導(dǎo)帶0.37eV-0.42eV范圍內(nèi),該深能級(jí)缺陷類型為點(diǎn)缺陷,為InGaAs材料中的As反位缺陷;15分鐘370℃的合成氣體快速退火處理不僅明顯降低了InGaAs材料的表面態(tài)密度,而且對(duì)InGaAs材料層內(nèi)部一定深度的缺陷對(duì)電子的俘獲截面明顯降低,對(duì)器件起到了非常有效的鈍化作用。(2)將AlN設(shè)計(jì)為MIS電容器結(jié)構(gòu)中的絕緣層,采用DLTS方法重點(diǎn)研究了GaN功率器件中與AlN緩沖層相關(guān)的電活性缺陷。研究發(fā)現(xiàn),在AlN薄膜的CVD沉積過(guò)程中,Al原子已經(jīng)向襯底硅中擴(kuò)散,而襯底硅中電活性缺陷與Al原子的擴(kuò)散緊密相關(guān),在P型硅襯底中靠近AlN/Si界面位置處的電活性缺陷能級(jí)E_T=0.37eV,俘獲截面σ_p=10~(-16)cm~2,缺陷濃度隨深度成遞減分布狀態(tài);退火處理后,Al原子向襯底硅中更深處擴(kuò)散,電活性缺陷發(fā)生演變,深能級(jí)位置由0.372eV增加到0.421eV。AlN給硅襯底引入了Al-O配合物點(diǎn)缺陷,且在后續(xù)的退火處理中受溫度作用有聚集趨勢(shì),點(diǎn)缺陷逐漸向擴(kuò)展態(tài)缺陷發(fā)展。(3)在單晶硅太陽(yáng)能電池的制備中,嘗試尋求用氫等離子體刻蝕的方法來(lái)替代氫氟酸溶液處理,如果工藝適當(dāng)(流速500sccm、刻蝕時(shí)間60s)可以使少子壽命達(dá)到τ_(eff)=2.5ms。研究發(fā)現(xiàn),過(guò)快的氫氣流速可能會(huì)造成刻蝕不充分,而太長(zhǎng)的刻蝕時(shí)間會(huì)導(dǎo)致氫等離子體對(duì)表面氧化層的過(guò)刻,二者都可增加硅襯底表面處的缺陷,對(duì)制備高性能器件不利;氫等離子體刻蝕后在a-Si:H/c-Si界面處有一層厚度約1nm的SiO_2氧化層殘留,可以防止單晶硅與氫化非晶硅材料發(fā)生直接接觸,從而在退火過(guò)程中避免出現(xiàn)單晶硅向氫化非晶硅層的外延生長(zhǎng);DLTS研究結(jié)果表明,氫等離子體除了在表面與Si-O發(fā)生反應(yīng)通過(guò)刻蝕去除表面氧化層,還會(huì)引入一定程度的類型為與晶體結(jié)構(gòu)中空位相關(guān)的點(diǎn)缺陷,這種刻蝕引入的缺陷深度可以深達(dá)1?m,而這些缺陷可以通過(guò)氫化非晶硅薄膜的鈍化得到有效的降低或消除。(4)在制備態(tài)a-Si_(1-x)Ru_x薄膜中,金屬釕Ru有不同的存在形式。當(dāng)Ru少量摻雜時(shí),Ru原子以替位原子的方式存在于非晶硅網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中;當(dāng)Ru摻雜度較高時(shí),超過(guò)固溶度的Ru原子從非晶硅網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中析出形成Ru_2Si納米晶顆粒。Ru原子的摻雜可以對(duì)a-Si_(1-x)Ru_x薄膜的微結(jié)構(gòu)和電學(xué)性質(zhì)起到調(diào)控作用,當(dāng)少量摻雜(x=0.01)時(shí),薄膜的電阻率明顯下降,TCR可以維持在2%,同時(shí)薄膜的1/f噪聲有所改善。退火處理可以提高a-Si_(1-x)Ru_x薄膜的結(jié)構(gòu)有序度,使薄膜的1/f噪聲進(jìn)一步降低,使其具有潛在的紅外探測(cè)器應(yīng)用價(jià)值。
【學(xué)位授予單位】：電子科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號(hào)】：TN304;O77;TB383.2
【圖文】：

新效應(yīng)和新器件才得以被不斷發(fā)現(xiàn)和創(chuàng)造，而這些新促進(jìn)研究者們對(duì)材料性能研究的進(jìn)一步深入，形成相互促模式，最終使得整個(gè)半導(dǎo)體科學(xué)技術(shù)不斷取得一個(gè)又一個(gè)的型半導(dǎo)體材料的器件應(yīng)用鎵砷材料體系器件代半導(dǎo)體技術(shù)的不斷進(jìn)步，工業(yè)界基于硅材料的CMOS（Code-Semiconductor）技術(shù)跟隨摩爾定律不斷地按比例縮小尺寸移率過(guò)低的限制，其器件性能越來(lái)越不能滿足未來(lái)晶體管的性能的發(fā)展要求。為獲得突破性發(fā)展，科研界和工業(yè)界正在傳輸特性的材料來(lái)實(shí)現(xiàn)低驅(qū)動(dòng)電壓、低耗高效器件，于是鍺族化合物等高載流子遷移率半導(dǎo)體材料[2-5]，成為人們研究關(guān)非 SiCMOS 技術(shù)中，III-V 族半導(dǎo)體材料因其作為窄禁帶半輸特性，最有希望成為新型 MOS 的選擇[6]。

圖 1-2 CMOS 器件傳統(tǒng)制作工藝.2 可靠性檢測(cè)可靠性是指產(chǎn)品在規(guī)定的條件下、規(guī)定的時(shí)間內(nèi)完成規(guī)定功能的能力，也、設(shè)備、元器件的功能在時(shí)間上的穩(wěn)定性。就我國(guó)目前的可靠性研究而言的研究主要分為零件可靠性設(shè)計(jì)研究、系統(tǒng)可靠性研究以及可靠性試驗(yàn)個(gè)分支研究方向。在這三個(gè)研究方向中，“可靠性試驗(yàn)和研究”與工程應(yīng)制造實(shí)際過(guò)程緊密相關(guān)，并且以大量實(shí)驗(yàn)為研究和工程應(yīng)用的基礎(chǔ)，通過(guò)性檢測(cè)設(shè)備對(duì)待測(cè)產(chǎn)品進(jìn)行試驗(yàn)，不斷積累數(shù)據(jù)，逐步形成了從工程可靠求開始，到可靠性檢測(cè)設(shè)備與技術(shù)的進(jìn)步，檢測(cè)技術(shù)進(jìn)步后再反過(guò)來(lái)滿足程可靠性檢測(cè)需求，最終形成良性正循環(huán)發(fā)展，并且不斷帶動(dòng)可靠性工程展�？煽啃苑治鲋谐Ｓ玫姆椒▔勖植伎煽啃匝芯恐凶畛Ｐ枰鎸�(duì)的問題就是準(zhǔn)確預(yù)測(cè)產(chǎn)品和各個(gè)部件的使用

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前3條

1 曹峻松;徐儒;郭偉玲;;第3代半導(dǎo)體氮化鎵功率器件的發(fā)展現(xiàn)狀和展望[J];新材料產(chǎn)業(yè);2015年10期

2 孫偉鋒;張波;肖勝安;蘇巍;成建兵;;功率半導(dǎo)體器件與功率集成技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀及展望[J];中國(guó)科學(xué):信息科學(xué);2012年12期

3 馬鐵英;李鐵;劉文平;王躍林;;非晶硅薄膜的紅外熱敏特性[J];半導(dǎo)體學(xué)報(bào);2008年11期

本文編號(hào)：2717939