[發明專利]一種通過光伏測量提取肖特基勢壘高度的方法

有效

• 申請號: 201310577467.8
• 申請日: 2013-11-18
• 公開（公告）號: CN103576070A
• 公開（公告）日: 2014-02-12
• 發明（設計）人: 崔昊楊;許永鵬;楊俊杰;唐忠;曾俊冬;高巍;劉璨;王超群;王佳林
• 申請（專利權）人: 上海電力學院
• 主分類號: G01R31/26
• 分類號: G01R31/26
• 代理公司: 上海科盛知識產權代理有限公司 31225
• 代理人: 趙繼明

技術領域

本發明涉及一種半導體科學與技術領域，尤其是涉及一種通過光伏測量提取肖特基勢壘高度的方法。

背景技術

金屬-半導體接觸界面所特有的歐姆接觸特性和肖特基接觸特性是半導體器件和大規模集成電路的核心。歐姆接觸可用于半導體器件信號的輸入、輸出和各個元件間的互聯，而肖特基接觸特性決定了器件性能的參數，是半導體器件設計的依據。對于典型的pn結光伏型光電二極管而言，除了器件自身pn結特性外，其余特性均為器件寄生效應(包括金屬／半導體接觸及其電阻效應)。在寄生效應各分量中，金屬／半導體接觸在金、半功函數差、以及材料表面缺陷等因素的影響下，制作的電極往往不是歐姆性的，甚至形成肖特基接觸。具體表現為較大的接觸電阻和較厚的勢壘層，在簡單近似下相當于金屬與半導體材料形成一個類pn結，其內建電場方向與pn結的內建電場相反，從而構成兩個背靠背、性質不對稱的pn結結構。這一接觸特性將影響探測器的優值因子R₀A、噪聲、I-V特性、響應速度和響應率。隨著光電成像器件不斷向大規模陣列面陣發展，特別是pn結深和接觸孔面積的大大縮小，金屬／半導體界面的肖特基接觸對光電器件的影響也愈來愈大。為保證器件具有較好的性能，金屬／半導體界面的肖特基接觸效應則希望越小越好。

金屬／半導體接觸特性和半導體的摻雜濃度緊密相關，因此雖然有好幾種形成歐姆接觸的方法，但迄今為止大多數器件是采用重摻雜的方式使界面勢壘層變得極薄的技術，使載流子能以隧穿的方式進行電流輸運，從而構成了“準歐姆接觸”。然而，為了控制pn結的隧穿電流，pn結兩邊的區域不能均采用重摻雜的方式，所以降低金屬／半導體接觸勢壘已成為降低肖特基接觸效應的最有效方法。低接觸勢壘將是實現超低接觸效應的必由之路。

但是對于金屬／半導體接觸界面勢壘高度偏低的pn結光伏型光電二極管，其整流特性將變得不明顯甚至消失，從而往往呈現出歐姆接觸的假象。這是由于此時器件自身pn結特性的影響已遠高于肖特基勢壘對電流特性的影響。然而傳統的電流-電壓測試(I-V)、電容-電壓測試(C-V)中，只有金屬／半導體界面肖特基接觸效應較為顯著時才能獲取界面信息，因此，通過測試I-V、C-V特性提取界面肖特基勢壘高度的方法往往失效，這就需要研究和確立可靠的pn結光伏型光電二極管金屬／半導體界面肖特基勢壘高度表征新方法。為此，本發明提出一種基于光伏測試提取pn結光伏型光電二極管金屬／半導體界面肖特基勢壘高度的方法，并已成功地用于碲鎘汞(HgCdTe)pn結紅外光電探測器肖特基勢壘高度的提取。

發明內容

本發明的目的就是為了克服上述現有技術存在的缺陷而提供一種有效減少干擾、簡單方便的通過光伏測量提取肖特基勢壘高度的方法。

本發明的目的可以通過以下技術方案來實現：

一種通過光伏測量提取肖特基勢壘高度的方法，該方法通過測量pn結光伏型光電二極管的光伏提取出肖特基勢壘高度，具體包括以下步驟：

1)在開路條件下，用背景光源照射pn結光伏型光電二極管，測量光電二極管的穩態光伏，不斷增強背景光源的光照強度直至光電二極管的穩態光伏不再增大；

2)當穩態光伏值不再增大后，采用超快脈沖激光照射光電二極管，不斷增強入射激光光強，使測量到的光電二極管瞬態光伏達到飽和，沒得瞬態光伏極小值V₁；

3)通過以下計算公式，得到pn結光伏型光電二極管電極界面肖特基勢壘高度

其中，為零偏壓下pn結光伏型光電二極管電極界面肖特基勢壘高度，單位為伏特；k為波爾茲曼常數；T為實驗測量時樣品的絕對溫度，單位為開；q為電子電荷電量；N_A為二極管p區摻入的受主濃度，單位為每立方厘米；N_D為二極管n區摻入的施主濃度，單位為每立方厘米；n_i為實驗測量時樣品所處絕對溫度下的本征載流子濃度，單位為每立方厘米；V₁為測量所得的瞬態光伏極小值，單位為伏特；m^*為載流子的有效質量，單位為千克；h為普朗克常數。

所述的背景光源包括鹵素鎢絲燈。

所述的超快脈沖激光是指脈寬為100飛秒至1納秒、頻率為1赫茲至1000赫茲的脈沖激光。