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文檔簡介
1、鍺材料因其具有比硅材料更高的載流子遷移率和在通信波段具有更高的吸收系數(shù),并且與成熟的硅微電子工藝相兼容等優(yōu)點,使硅基鍺光電子材料與器件成為Si基光電集成領(lǐng)域重要的研究課題之一。由于金屬/n-Ge接觸存在強烈的費米釘扎效應,在Si基Ge器件中引入高的勢壘高度和大的接觸電阻,惡化了Si基Ge器件的光電學性能,阻礙了Si基Ge器件的發(fā)展。因此,對緩解Ge的費米釘扎效應,調(diào)制金屬/n-Ge接觸的勢壘高度和提高金屬/n+-Ge接觸的比接觸電阻率的
2、研究對提高Ge器件的性能都具有重要的意義。
本文開展了金屬/n-Ge接觸勢壘高度的調(diào)制方法和機理的研究,將A1/TaN疊層電極應用于SOI基Ge PIN光電二極管,有效提高了二極管的性能。本論文的主要工作內(nèi)容和創(chuàng)新點如下:
1、研究了金屬與S離子或者Cl離子鈍化的n-Ge接觸。研究了不同條件下S離子或Cl離子對Ge表面的鈍化作用,最后獲得了具有較低勢壘高度(約為0.42eV)的金屬/n-Ge接觸。
2、首次
3、提出采用納米級金屬性TaN薄膜作為中間層調(diào)制金屬/n-Ge接觸的勢壘高度。發(fā)現(xiàn)在10nm范圍內(nèi),金屬/TaN/n-Ge接觸的勢壘高度隨著TaN厚度的增加由0.6eV降低到0.44eV(僅TaN/n-Ge接觸的勢壘高度),且與蓋帽層金屬的種類無關(guān)。此后勢壘高度不隨TaN厚度的變化而變化。研究了TaN厚度調(diào)制金屬與n-Ge接觸的勢壘高度機理,認為TaN/n-Ge接觸形成的界面偶極子層以及氮對Ge界面的鈍化作用減小了Ge界面的費米釘扎效應,與
4、單質(zhì)金屬相比,降低了接觸的勢壘高度。而TaN厚度對勢壘高度的調(diào)制作用源于雙層金屬的互擴散。
3、基于圓形傳輸線模型,制作并測試對比了Al/TaN(15nm)/n+-Ge和Al/n+-Ge接觸的比接觸電阻率,其中Ge摻雜濃度為1×1019cm-3,發(fā)現(xiàn)采用Al/TaN(15nm)電極,n+-Ge比接觸電阻率由1.2×10-3-Ω·cm2降低到2.7×10-5Ω·cm2,降低了2個數(shù)量級。比接觸電阻率的降低主要源于TaN薄膜降低勢
5、壘高度的作用。
4、將Al/TaN(600/15nm)雙層金屬作為N型Ge電極材料制備了SOI基Ge PIN光電二極管。與具有相同結(jié)構(gòu)但是N型Ge電極材料為Al的直徑為24μm臺面二極管相比,在1.55μm波長和-1V偏壓下的3dB響應帶寬提高了4倍,從1.4GHz提高到6GHz;而暗電流減小了約一個數(shù)量級,從1.2×10-6A降低到3.5×10-7A;而光響應度提高了2.5倍,從0.12A/W提高到0.3A/W。表明TaN疊
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