[發(fā)明專利]高功函數(shù)可調(diào)的過渡金屬氮化物材料、其制備方法及應(yīng)用

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201711461002.0
• 申請日: 2017-12-28
• 公開（公告）號: CN109979802B
• 公開（公告）日: 2020-12-22
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 蔣春萍;李玉雄;谷承艷;隋展鵬;劉峰峰
• 申請（專利權(quán)）人: 中國科學(xué)院蘇州納米技術(shù)與納米仿生研究所
• 主分類號: H01L21/02
• 分類號: H01L21/02
• 代理公司: 南京利豐知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(特殊普通合伙) 32256
• 代理人: 王鋒

本申請公開了一種高功函數(shù)可調(diào)的過渡金屬氮化物材料、其制備方法及應(yīng)用。在一典型實施例中，所述的制備方法包括：在作為襯底的p型半導(dǎo)體材料上依次生長過渡金屬氮化物、氮化硼或石墨；以及，對所獲的氮化硼或石墨/過渡金屬氮化物復(fù)合結(jié)構(gòu)材料進行高溫退火，使氮化硼中的硼元素或石墨中的C元素?zé)釘U散至過渡金屬氮化物中，從而獲得高功函數(shù)可調(diào)的過渡金屬氮化物材料。本發(fā)明過渡金屬氮化物材料的制備工藝簡單高效、便于調(diào)控，易于大規(guī)模實施，同時所獲過渡金屬氮化物材料的功函數(shù)較之現(xiàn)有技術(shù)有顯著提高，而且該功函數(shù)還是可以方便調(diào)控的，能最大限度的實現(xiàn)過渡金屬氮化物與P型寬帶隙半導(dǎo)體材料的功函數(shù)的匹配，具有廣泛的應(yīng)用前景。

技術(shù)領(lǐng)域

本申請涉及一種過渡金屬氮化物材料，特別是一種具有高功函數(shù)且功函數(shù)可調(diào)的過渡金屬氮化物材料，其制備方法及應(yīng)用，屬于材料科學(xué)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

對于半導(dǎo)體器件，特別是半導(dǎo)體光電子器件來說，低歐姆接觸電阻是實現(xiàn)高性能器件的基礎(chǔ)。對于n型材料來說，所需要的金屬功函數(shù)應(yīng)小于半導(dǎo)體的功函數(shù)。在元素周期表中，有很多金屬可以實現(xiàn)這一點。相比之下，實現(xiàn)P型寬禁帶半導(dǎo)體的歐姆接觸則要困難得多，因為需要具有較大功函數(shù)的金屬。現(xiàn)有金屬中功函數(shù)最大的就是Pt，但其功函數(shù)也只有5.65eV，這遠小于寬禁帶p型氮化物半導(dǎo)體材料的功函數(shù)(功函數(shù)大于6.5eV)，因此要達到真正的“歐姆”接觸是很困難的。因此，靠單一金屬或多組分金屬進行功函數(shù)調(diào)節(jié)的能力有限。而且隨著器件向著高溫、大功率的方向發(fā)展，在獲得低阻歐姆接觸的同時提高其熱穩(wěn)定性也至關(guān)重要。過渡金屬氮化物是一類陶瓷材料，具有耐高溫的性質(zhì)，而且其組分隨著生長工藝參數(shù)的變化而變化，因此其電學(xué)、光學(xué)性質(zhì)也會隨著生長工藝參數(shù)的變化而變化，并且具有金屬性的過渡金屬氮化物具有很好的導(dǎo)電性。目前，有關(guān)過渡金屬氮化物薄膜的報道有很多，在電學(xué)應(yīng)用方面常作為金屬接觸機制中的壘層，或直接作為歐姆接觸層，以提高歐姆接觸的穩(wěn)定性和可靠性。據(jù)報道，將TiN、ZrN作為n-GaN材料的歐姆接觸層或者金屬接觸層中的壘層，能獲得10^(-5)-10^(-6)Ω·cm^2的接觸電阻率，而且由此實現(xiàn)的歐姆接觸能承受750℃以上的高溫(B.P.Luther,S.E.Mohney,et al.,Semicond.Sci.Technol.,1998,13:1322–1327；S.E.Mohney,B.P.Luther et al.,International High TemperatureElectronics Conference,1998,134-137；L.F.Voss,L.Stafford et al.,ECSTransactions,2007,6(2):191-199)。過渡金屬氮化物在P型半導(dǎo)體接觸中的應(yīng)用也有相關(guān)報道。L.F.Voss等人利用TiN、ZrN、TaN作為P-GaN歐姆接觸的擴散壘層，即在Ni/Au/Ti/Au之間插入TiN、ZrN、TaN，變成Ni/Au/(TiN或ZrN或TaN)/Ti/Au接觸，研究表明插入勢壘層后，在N₂氣氛下，700℃下退火1分鐘，獲得了2×10^(-4)Ω·cm^2的接觸電阻率，直到退火溫度達到1000℃，其接觸性能仍然保持穩(wěn)定(L.F.Voss,L.Stafford et al.,Appl.Phys.Lett.,2007,90(21):2107)。然而，過渡金屬氮化物的功函數(shù)低，文獻報道的TiN的功函數(shù)僅為3.74eV,其與P-GaN接觸形成的是肖特基接觸(C.A.Dimitriadis,Th.Karakostas et al.,Solid-State Electronics,1999,43:1969-1972)。而其他的過渡金屬氮化物如ZrN、HfN、TaN等的功函數(shù)也比較低，一般都小于5eV,因此也難與寬禁帶的P型半導(dǎo)體材料形成歐姆接觸。另外，僅通過工藝參數(shù)的變化改變其組分，從而導(dǎo)致其功函數(shù)的變化范圍也非常有限。

發(fā)明內(nèi)容

本申請的主要目的在于提供一類高功函數(shù)可調(diào)的過渡金屬氮化物材料、其制備方法及應(yīng)用，從而克服現(xiàn)有技術(shù)中的不足。

為實現(xiàn)前述發(fā)明目的，本申請采用的技術(shù)方案包括：