Halbleiterkontakte aus Metall

Ich werde in Kürze zum CNF ( http://www.cnf.cornell.edu/ ) zurückkehren .
Es ist eine Benutzer-Reinraumanlage für die Halbleiterverarbeitung.
Mein Ziel ist es, einige sehr einfache Beispiele für den Einsatz in Schülerlabors zu erstellen.
Ich nehme Ge- und Si-Wafer und sputtere oder dampfe Metall darauf. Die erste Aufgabe besteht darin, ohmsche Kontakte für Transportmessungen herzustellen. (Hall-Effekt und Leitfähigkeit.)
Ich hatte dann die brillante (oder dumme) Idee, auch nicht-ohmsche (Schottky-) Kontakte zur Probe herzustellen. Man kann dann CV-Messungen durchführen und ein drittes Maß für die Dotierungsdichte erhalten. Neben einer eingebauten Diode könnte es als Temperatursensor verwendet werden.

Meine erste Reise dorthin war überaus erfolgreich.
Ich sputterte zwei Punkte Titan gefolgt von Aluminium auf die Proben und verdampfte dann nur zwei Punkte Al.

Table of results:
Sample           Ti/Al             Al only
Si-p           diode w/anneal      ohmic contact
Si-n            ohmic              diode w/anneal
Si-int.         ohmic             (unsure.. I broke it.)
Ge-n            ohmic              ohmic
Ge-int          ohmic              some diode behavior.
                                   Poor adhesion.

Probe IV wurde in Buf durchgeführt. Anschließend wurden die Proben auf einer Heizplatte bei bis zu 300 °C getempert. Mit Ausnahme des intrinsischen Ge war die Metallhaftung gut.
(Sie alle haben den Scotch-Tape-Test geklebt.)
Ich muss sagen, dass Titan ein schönes Metall für Kontakte zu sein scheint.

OK, danach ein paar Fragen.

Ich habe das Gefühl, das Rad neu zu erfinden, ich habe viel online und in Bibliotheken gelesen, aber es gibt nicht sehr viele praktische Ratschläge, um Kontakte zu Halbleitern herzustellen.
(Es gibt viel Theorie.) Ich frage mich immer wieder, ob es ein altes technisches Dokument von Bell Labs gibt, das mir helfen könnte. Wenn jemand so etwas weiß, hoffe ich, dass Sie es teilen.

Ich möchte immer noch eine Diode mit Ge machen. Irgendwelche Ideen für ein Metall zum Ausprobieren?
Beim Untersuchen der Ge-Proben mit Gold-Pogo-Stiften sah es so aus, als ob das Gold einen gleichrichtenden Kontakt hergestellt hätte. Aber ich vermute, Gold wird nicht sehr gut haften. Ich dachte, ich versuche es mit Indium.

Das Ti/Al-Metall auf Si entwickelte eine schwarze Schicht um die Ränder herum.
Ich nehme an, dass dies eine Oxidation des Al ist.
Und ich werde Gold für die oberste Schicht ausprobieren.

Gibt es schließlich noch andere Dinge/Experimente, die ich machen/ausprobieren könnte, indem ich Metall auf Halbleiter aufbringe?
Ich sollte hinzufügen, dass die Dioden eine schöne Fotoantwort zeigten.

Vielen Dank für das Lesen dieser ziemlich langen Frage.

Bearbeiten: Hinzufügen eines Links zu IV-Kurven (I ist die vertikale (y) Achse, Kanal 2, mit angezeigter Verstärkung . ) https://www.dropbox.com/sh/v7roajd0dumt1o4/AABU1luSZvJFH2IND6SkRnnWa?dl=0 Ich habe jetzt Pogo-Sticks auf meiner "Sondenstation".

Angesichts der Tatsache, dass Si-M eine so geringe Bandlücke hat, würde man sich wirklich mit Ge-M bilden?
@IgnacioVazquez-Abrams, es tut mir leid, dass ich deine Frage nicht verstehe. "Theoretisch" kann ich eine Diode in Ge bilden. (Angesichts des Dotierungstyps und der Metallaustrittsarbeit.) Nach meiner eher begrenzten Lektüre hat Ge viele Oberflächenzustände, die zu einem sogenannten Fermi-Niveau-Pinning führen, das nicht Teil der Standardarbeitsfunktion / Fermi-Niveau-Theorie ist. Ich möchte auch ein Metall, das eine gute Haftung hat.
Versuchen Sie, sich nicht zu sehr um mich zu kümmern; Ich bin nicht ganz so gelehrt in Bezug auf die Nuancen der physikalischen Eigenschaften von Halbleitern auf atomarer Ebene.
@IgnacioVazquez-Abrams, nein das ist in Ordnung. In einem Schottky denke ich normalerweise, dass die Metallarbeitsfunktion entweder über dem Leitungsband mit n-Typ oder unter dem Volantband mit p-Typ liegt. Wenn die Metallaustrittsarbeit in der Lücke liegt. (wie ich glaube, Sie haben danach gefragt) Nun, ich weiß es nicht. Dies ist ein schönes Bild für n-Typ en.wikipedia.org/wiki/Schottky_barrier Dort ist Theta_sub_B die Barrierenhöhe, die mit der Austrittsarbeit zusammenhängt. Ich weiß wirklich nicht ... hey, das ist ein schöner Artikel ... danke! en.wikipedia.org/wiki/Metal%E2%80%93semiconductor_junction

Antworten (1)

Meine Antwort auf diese Fragen ist immer Sze - "Physics of Semiconductor Devices" Abb. 13 in meiner Version zeigt die Dotierfähigkeiten verschiedener Elemente gegenüber Si, Ge und GaAs. Ti in Si ist beispielsweise 0,21 eV von der Leitungskante entfernt.

Fermi-Niveau-Pinning bezieht sich auf die Oberflächenzustände, die Trapping-Zentren aufweisen, die verlangsamend reagieren und somit das Fermi-Niveau in der Masse dominieren.

Interessant ist, dass der P-Typ-Kontakt (oder ich habe es rückwärts - dh N-Typ) unter klassischer Analyse keinen ohmschen Kontakt bilden kann. Es dauerte eine Weile, bis man erkannte, dass der Kontakt von QM-Effekten dominiert wurde.

Viele Kontakte sind tatsächlich Silizide, in 0,5-um-Prozessen (wenn ich mich recht erinnere) ist es NiSi, CoSi ist in der 180-> 90-nm-Ära üblich.

Gold in Si hat zwei Zustände, einen Donor, der 0,26 eV über dem Valenzband liegt, und einen Akzeptor, der 0,54 eV unter dem Leitungsband liegt.

Interessanterweise haben die meisten Metalle in Ge mehrere Ionisationsniveaus, aber Chrom hat zwei eng beieinander liegende Donorniveaus, die als Diode wirken könnten.

Ich bin überrascht, dass Sie bei 300 ° C geglüht haben. Normalerweise dauert es bis zu 900 + C, bevor Si durch Implantatschäden erneut geglüht werden kann. Das macht RTP.

Danke für die Antwort, Ja, ich war überall in Sze. (Meine Kopie ist in Arbeit, aber ich glaube, ich kenne die Zahl.) Das ist eine "theoretische" Grafik. Sze spricht auch davon, dass mit etwas Ga oder As dotiertes Gold für Kontakte verwendet wird, aber ich habe keinen Zugang zu Mischungen exotischer Typen. (Der Wiki-Metal-Semi-Junc.-Link oben ist ziemlich gut, es gibt einige Referenzen, die ich nachjagen muss.) Re: Das Glühen hat die Dioden meistens besser gemacht, obwohl es etwas schwer zu sagen ist. Ich habe zwei der gleichen Kontakte auf jeder Probe, also stellen Sie sich die IV von zwei Kopf-an-Fuß-Dioden vor. Was ist RTP?
RTP = Rapid Thermal Processing, Top sfc Flash Melt und anschließendes Nachwachsen. Das Sze-Diagramm, auf das ich verweise, sind gemessene Daten. Das Buch von Andy Groves, das als Nachdruck erhältlich ist, ist ebenfalls sehr gut. Es ist auch eine Quelle für "Physik und Technologie von Halbleiterbauelementen". Die anderen Bücher, die ich häufig verwende, sind Wolfs "Silicon Processing". " eine 4-teilige Serie, aber das liegt über 1000 Dollar, hat aber Details. Wenn Sie möchten, kann ich in meiner Kopie graben.
OK, ich habe zu meiner Frage einen Link zu IV-Daten hinzugefügt. Re: Sze, ich habe die 2. Auflage. Ich erinnere mich an eine Abbildung/Tabelle mit Metallarbeitsfunktionen, die mit/für Si, Ge und GaAs aufgeführt sind. Ich habe eine Kopie von Groves bestellt, danke. Re Wolf, danke für das Angebot, aber verschwenden Sie nicht Ihre Zeit mit meinem Konto. Ich versuche, diese mit einem sehr einfachen Prozess zu machen. Kein Fotolith oder Dotierung, nur ein paar Metallmasken und blanke Wafer. Ich denke, Si ist "in the bag", solange ich Gold über Ti und Al legen kann. Ge ist aus pädagogischer Sicht eigentlich interessanter. (Eigen bei einer niedrigeren Temperatur.)
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