[發明專利]一種碳化硅的歐姆電極結構及其制備方法

無效

• 申請號: 201110366469.3
• 申請日: 2011-11-17
• 公開（公告）號: CN103117298A
• 公開（公告）日: 2013-05-22
• 發明（設計）人: 陳小龍;郭麗偉;劉春俊
• 申請（專利權）人: 中國科學院物理研究所
• 主分類號: H01L29/45
• 分類號: H01L29/45;H01L21/28
• 代理公司: 北京泛華偉業知識產權代理有限公司 11280
• 代理人: 王勇

技術領域

本發明涉及一種在碳化硅上形成的半導體結構，具體涉及在寬禁帶碳化硅襯底上的歐姆電極結構及其制備方法。

背景技術

以碳化硅(SiC)及氮化鎵(GaN)為代表的寬禁帶材料，是繼硅(Si)和砷化鎵(GaAs)之后的新一代半導體材料。與Si和GaAs為代表的傳統半導體材料相比，SiC在工作溫度、抗輻射、耐高擊穿電壓性能等方面具有更多的優勢[1]。SiC作為目前發展最成熟的寬帶隙半導體材料，具有高熱導率、高擊穿場強、高飽和電子漂移速率和高鍵合能等優點，其優異的性能可以滿足現代電子技術對高溫、高頻、高功率、高壓以及抗輻射的新要求，因而被看作是半導體材料領域最有前景的材料之一。

為了實現電子系統中的相互連接，對于任何半導體器件，歐姆接觸都是制備過程中必不可少的基本工藝之一，其質量的優劣對半導體器件的性能會產生至關重要的影響。近年來，碳化硅器件發展極其迅速，歐姆接觸是SiC器件制備的重要工藝之一，歐姆接觸質量的穩定性、接觸電阻的大小直接影響著半導體器件的效率、增益和開關等性能指標。

在SiC材料生長過程中不容易得到足夠高濃度的載流子濃度，并且SiC的離子注入困難使得實現高摻雜濃度的SiC材料較難。因而在SiC上制作高性能和低電阻的歐姆接觸比其他半導體要困難。如何在低摻雜襯底上制備性能良好的歐姆接觸成為SiC材料應用的一個重要制約因素。

目前國內外對碳化硅材料歐姆接觸工藝的研究比較多地著眼于Ni、Cr、W、Mo、Al和Ti等耐高溫材料或Ni2Si等硅化物材料；歐姆接觸的形成需要借助于一定的退火工藝，其厚度及電學性能依賴于退火的條件，快速熱退火是降低歐姆接觸的比接觸電阻的有效方法。但目前上述方法仍存在種種問題：例如，由于形成歐姆接觸的合金化退火工藝受退火溫度、退火時間和退火氛圍等工藝參數的影響，得到的歐姆接觸的比接觸電阻率參差不齊，可重復性差。

發明內容

因此，為了克服上述現有技術的問題，本發明提供一種碳化硅(SiC)的歐姆電極結構及其制作方法，通過引入石墨烯作為降低SiC材料歐姆接觸的媒介材料，從而實現低接觸電阻，并提高SiC歐姆接觸的穩定性。

根據本發明的一個方面，提供一種碳化硅歐姆電極結構，包括：碳化硅基底和金屬層，以及位于所述碳化硅基底和金屬層之間的石墨烯層。

在上述歐姆電極結構中，碳化硅基底可以是碳化硅體單晶或碳化硅外延層。進一步地，碳化硅單晶的晶型可以為4H-SiC、6H-SiC、3C-SiC或15R-SiC。

在上述歐姆電極結構中，碳化硅基底的導電類型可以是n型、p型或半絕緣。

在上述歐姆電極結構中，石墨烯層可為單層或多層。

在上述歐姆電極結構中，金屬層可為由一種金屬構成的單一金屬層，或由兩種或兩種以上金屬構成的復合金屬層。進一步地，該金屬可為Ti、Ni、Al、Au、Pt、Ta、W或Cr。

在上述歐姆電極結構中，復合金屬層可為雙層金屬層，例如Ti/Au、Pt/Au、Ta/Ni、Ti/Pt、Ti/Al等。

根據本發明的另一個方面，提供一種碳化硅歐姆電極結構的制備方法，包括以下步驟：

1)選取碳化硅單晶基底或形成碳化硅外延層；

2)在所述碳化硅單晶基底或碳化硅外延層上形成石墨烯層；以及

3)在所述石墨烯層上形成金屬層。

在上述制備方法中，所述步驟2)中通過直接熱分解碳化硅單晶基底或碳化硅外延層形成石墨烯層。

在上述制備方法中，所述步驟2)中通過將已制備好的石墨烯直接轉移到碳化硅單晶基底或碳化硅外延層上形成石墨烯層。

在上述制備方法中，所述石墨烯層為單層或多層。

在上述制備方法中，所述金屬層為由一種金屬構成的單一金屬層，厚度為50nm到300nm。

在上述制備方法中，金屬層可為由兩種金屬構成的復合金屬層，第一層厚度為10nm-50nm，第二層厚度為40nm到300nm。

與現有技術相比，本發明的SiC歐姆電極結構優點在于接觸電阻低，穩定性好。

附圖說明

圖1是根據本發明的歐姆電極結構的剖面圖；

圖2是本發明示例1中石墨烯的拉曼譜圖；

圖3是本發明示例1中制備的歐姆電極的I-V特性曲線；

圖4是本發明示例2中石墨烯的拉曼譜圖；

圖5是本發明示例2中制備的歐姆電極的I-V特性曲線；和

圖6是本發明示例3中制備的歐姆電極的I-V特性曲線。

具體實施方式