CN113725076B - 一种氢终端金刚石隧穿欧姆接触电阻的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供的一种氢终端金刚石隧穿欧姆接触电阻的制备方法，采用超薄高功函数介质层在氢终端金刚石表面形成超高浓度的空穴层，然后淀积一层金属，利用隧穿原理形成欧姆接触，极大降低欧姆接触电阻。本发明可以兼容现有工艺，操作简单成本低，不需要额外工艺设备，应用前景良好。
Description
技术领域
本发明属于微电子技术材料生长技术领域，具体涉及一种氢终端金刚石隧穿欧姆接触电阻的制备方法。
背景技术
金刚石是在第三代宽禁带半导体材料GaN之后的新一代超宽禁带的半导体材料，具有禁带宽度大、载流子迁移率高等优点，在高频、大功率电子器件中有着巨大的应用潜力。而金刚石体掺杂一直难以实现，因此表面以C-H键覆盖的氢终端金刚石成为了金刚石场效应晶体管研究的主流选择。
研究表明，欧姆接触电阻较大，会严重阻碍器件的特性。目前，氢终端金刚石欧姆接触主要是基于Au、Ti/Au、Pd等金属制备，在制备过程中虽然经过退火等工艺，在一定程度上降低了欧姆接触电阻值，但与Si、GaN等其他半导体欧姆接触电阻值相比，至少高出一个数量级。
因此，现有制备方法制备出的氢终端金刚石欧姆接触电阻值较大，不能满足器件的性能要求。
发明内容
为了解决现有技术中存在的上述问题，本发明提供了一种氢终端金刚石隧穿欧姆接触电阻的制备方法。本发明要解决的技术问题通过以下技术方案实现：
本发明提供的一种氢终端金刚石隧穿欧姆接触电阻的制备方法包括：
选择CVD外延的氢终端金刚石作为衬底；
将所述衬底依次在丙酮、酒精、去离子水中进行清洗；
将清洗完成的衬底进行氢等离子体表面处理，形成氢终端金刚石；
在所述氢终端金刚石上沉积一层0.5-1.0nm的高功函数介质，以使所述高功函数介质在所述氢终端金刚石表面形成高浓度空穴层；
在沉积高功函数介质的氢终端金刚石表面沉积一层金属层，以使所述金属层、高浓度空穴层与氢终端金刚石形成低欧姆接触电阻；
对沉积后的氢终端金刚石进行退火处理。
可选的，所述衬底的厚度为0.3-1.0mm，将所述衬底进行清洗的时间为5-30min。
可选的，所述将清洗完成的衬底进行氢等离子体表面处理，形成氢终端金刚石包括：
将将清洗完成的衬底置于微波等离子体化学气相沉积(MPCVD)***中，进行氢等离子体表面处理，形成氢终端金刚石。
可选的，对衬底进行氢等离子体表面处理时，所述微波等离子体化学气相沉积(MPCVD)***的氢气流量为200～1000sccm，温度为600-900℃，压强为50-200mbar，微波功率为1000-3000W，处理时间为10-30min，甲烷浓度为0.1-1％。
可选的，所述高功函数介质为MoO3、WO3或V2O5。
可选的，所述在沉积高功函数介质的氢终端金刚石表面沉积一层金属层包括：
在沉积高功函数介质的氢终端金刚石表面沉积一层，厚度为20-100nm的Au层。
可选的，所述对沉积后的氢终端金刚石进行退火处理包括：
对沉积后的氢终端金刚石在快速热退火设备中退火2-10min，完成欧姆接触电阻的制备，其中，退火温度为300-700℃。
本发明提供的一种氢终端金刚石隧穿欧姆接触电阻的制备方法，采用超薄高功函数介质层在氢终端金刚石表面形成超高浓度的空穴层，然后淀积一层金属，利用隧穿原理形成欧姆接触，极大降低欧姆接触电阻。本发明可以兼容现有工艺，操作简单成本低，不需要额外工艺设备，应用前景良好。以下将结合附图及实施例对本发明做进一步详细说明。
附图说明
图1是本发明提供的一种氢终端金刚石隧穿欧姆接触电阻的制备方法的流程示意图；
图2是本发明中制备欧姆接触结构的示意图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明做进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。
实时例一
如图1所示，本发明提供的一种氢终端金刚石隧穿欧姆接触电阻的制备方法包括：
S1，选择CVD外延的氢终端金刚石作为衬底；
其中，本发明对衬底的晶向不作限制，所述衬底的厚度为0.3-1.0mm。
S2，将所述衬底依次在丙酮、酒精、去离子水中进行清洗；
其中，将所述衬底进行清洗的时间为5-30min。
S3，将清洗完成的衬底进行氢等离子体表面处理，形成氢终端金刚石；
S4，在所述氢终端金刚石上沉积一层0.5-1.0nm的高功函数介质，以使所述高功函数介质在所述氢终端金刚石表面形成高浓度空穴层；
其中，高功函数介质为MoO3、WO3或V2O5。
可以理解，MoO3、WO3或V2O5等材料，具有大的功函数，在氢终端金刚石表面能够通过转移掺杂作用，形成一层载流子浓度极高的二维空穴气。
S5，在沉积高功函数介质的氢终端金刚石表面沉积一层金属层，以使所述金属层、高浓度空穴层与氢终端金刚石形成低欧姆接触电阻；
S6，对沉积后的氢终端金刚石进行退火处理。
参考图2，当金属层(金属电极)外加电压时，金属层的电流遂穿高浓度空穴层(超薄介质层)到氢终端金刚石表面，呈现低欧姆接触电阻特性。基于这一现象，本发明提出的一种氢终端金刚石隧穿欧姆接触电阻的制备方法，可以实现超低欧姆接触电阻。
本发明提供的一种氢终端金刚石隧穿欧姆接触电阻的制备方法，采用超薄高功函数介质层在氢终端金刚石表面形成超高浓度的空穴层，然后淀积一层金属，利用隧穿原理形成欧姆接触，极大降低欧姆接触电阻。本发明可以兼容现有工艺，操作简单成本低，不需要额外工艺设备，应用前景良好。
作为本发明一种可选的实施方式，所述将清洗完成的衬底进行氢等离子体表面处理，形成氢终端金刚石包括：
将将清洗完成的衬底置于微波等离子体化学气相沉积(MPCVD)***中，进行氢等离子体表面处理，形成氢终端金刚石。
作为本发明一种可选的实施方式，对衬底进行氢等离子体表面处理时，所述微波等离子体化学气相沉积(MPCVD)***的氢气流量为200～1000sccm，温度为600-900℃，压强为50-200mbar，微波功率为1000-3000W，处理时间为10-30min，甲烷浓度为0.1％-1％。
作为本发明一种可选的实施方式，所述在沉积高功函数介质的氢终端金刚石表面沉积一层金属层包括：
在沉积高功函数介质的氢终端金刚石表面沉积一层，厚度为20-100nm的Au层。
作为本发明一种可选的实施方式，所述对沉积后的氢终端金刚石进行退火处理包括：
对沉积后的氢终端金刚石在快速热退火设备中退火2-10min，完成欧姆接触电阻的制备，其中，退火温度为300-700℃。
实施例二
在具体实施时，本发明可以采用基于八边形HPHT金刚石衬底生长金刚石外延膜。具体制备欧姆接触结构过程如下：
本实例选择晶向为(100)，厚度为0.3mm的单晶金刚石做为衬底，将衬底依次在丙酮、酒精、去离子水中清洗5min。
将清洗完成的衬底置于微波等离子体化学气相沉积(MPCVD)***中进行氢等离子体表面处理，形成氢终端金刚石。处理过程中，氢气流量200sccm，温度600℃，压强50mbar，微波功率1000W，处理时间10min，甲烷浓度0.1％；
将氢终端金刚石置于热蒸发设备中，淀积一层0.5nm厚度的高功函数介质MoO3；
在淀积完介质的样品表面淀积一层Au薄膜，Au层厚度为20nm；。将样品在快速热退火设备中退火2min，退火温度为300℃，完成欧姆接触的制备。
以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。
Claims (6)
1.一种氢终端金刚石隧穿欧姆接触电阻的制备方法，其特征在于，包括：
选择CVD外延的氢终端金刚石作为衬底；
将所述衬底依次在丙酮、酒精、去离子水中进行清洗；
将清洗完成的衬底进行氢等离子体表面处理，形成氢终端金刚石；
在所述氢终端金刚石上沉积一层0.5-1.0nm的高功函数介质，以使所述高功函数介质在所述氢终端金刚石表面形成高浓度空穴层；所述高功函数介质为MoO3、WO3或V2O5；
在沉积高功函数介质的氢终端金刚石表面沉积一层金属层，以使所述金属层、高浓度空穴层与氢终端金刚石形成低欧姆接触电阻；
对沉积后的氢终端金刚石进行退火处理。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述衬底的厚度为0.3-1.0mm，将所述衬底进行清洗的时间为5-30min。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述将清洗完成的衬底进行氢等离子体表面处理，形成氢终端金刚石包括：
将将清洗完成的衬底置于微波等离子体化学气相沉积(MPCVD)***中，进行氢等离子体表面处理，形成氢终端金刚石。
4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，对衬底进行氢等离子体表面处理时，所述微波等离子体化学气相沉积(MPCVD)***的氢气流量为200～1000sccm，温度为600-900℃，压强为50-200mbar，微波功率为1000-3000W，处理时间为10-30min，甲烷浓度为0.1％-1％。
5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述在沉积高功函数介质的氢终端金刚石表面沉积一层金属层包括：
在沉积高功函数介质的氢终端金刚石表面沉积一层，厚度为20-100nm的Au层。
6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述对沉积后的氢终端金刚石进行退火处理包括：
对沉积后的氢终端金刚石在快速热退火设备中退火2-10min，完成欧姆接触电阻的制备，其中，退火温度为300-700℃。
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