鍺單晶中鎳和金的行為研究.pdf

1、在低場(chǎng)條件下,鍺可以提供比硅高3倍的空穴遷移率和比硅高2倍的電子遷移率,具有不可替代的優(yōu)勢(shì),因此近年來鍺的研究再次成為關(guān)注的重點(diǎn)。金屬污染很容易在鍺晶體的生長(zhǎng)或晶片加工過程中產(chǎn)生,并在鍺中以單質(zhì)、復(fù)合體或沉淀的形式存在。一般來說,這些金屬都不利于制備高質(zhì)量的鍺基器件。因此研究鍺中金屬的行為具有相當(dāng)重要的現(xiàn)實(shí)意義。近年來,半導(dǎo)體材料的熱處理過程逐步偏向快速熱處理。鎳和金是鍺加工工藝中常見的金屬,目前還沒有快速熱處理?xiàng)l件下鍺中的鎳和金的行為

2、研究。
　　 本文在綜述前人工作的基礎(chǔ)上,采用磁控濺射法在n型鍺單晶表面鍍上非晶鎳薄膜或金薄膜。探索了快速熱處理和常規(guī)熱處理這兩種條件下鎳在鍺單晶中的行為差異,研究了兩種熱處理方式引起差異的原因。主要研究了快速熱處理過程中熱處理氣氛、熱處理溫度以及熱處理時(shí)間對(duì)鎳和金在鍺單晶片行為的影響。另外,本文對(duì)快速熱處理后含有一定量鎳或金的鍺單晶片在較低溫度下進(jìn)行常規(guī)熱處理,研究鎳或金在鍺中的沉淀情況。
　　 常規(guī)熱處理和快速熱處理

3、這兩種不同的熱處理方式對(duì)鎳在鍺中的行為研究比較指出,這兩種條件下都會(huì)在鍺表面形成GeNi2。常規(guī)熱處理?xiàng)l件下,鍺的導(dǎo)電型號(hào)仍然為n型,電阻率隨熱處理溫度的升高而增加;快速熱處理時(shí),鍺的導(dǎo)電型號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)閜型,電阻率隨著熱處理溫度的升高而減小。熱處理后鍺表面的GeNi2引起鍺的紅外透過率降低。
　　 改變快速熱處理的氣氛、溫度、時(shí)間,研究了鎳對(duì)鍺的導(dǎo)電型號(hào)、電阻率和少子壽命的影響,并結(jié)合擴(kuò)展電阻測(cè)試分析了鎳在鍺中的擴(kuò)散行為。研究指出,

4、熱處理過程必須有惰性氣體N2或者Ar2的保護(hù)。鎳擴(kuò)散鍺片的導(dǎo)電型號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)閜型,電阻率隨著熱處理溫度的升高或熱處理時(shí)間的延長(zhǎng)而減小。當(dāng)熱處理溫度達(dá)到875℃時(shí),電阻率隨著熱處理時(shí)間的增加只有略微的降低。擴(kuò)展電阻測(cè)試發(fā)現(xiàn)載流子濃度隨著深度的增加先增加后降低,表明鍺中鎳存在外擴(kuò)散現(xiàn)象。此外,鍺的少子壽命與熱處理溫度和時(shí)間的變化之間沒有明顯的聯(lián)系,只要一經(jīng)熱處理,鍺的少子壽命就急劇下降至0.1～0.4μs。含鎳的鍺經(jīng)過500℃常規(guī)熱退火的實(shí)驗(yàn)結(jié)

5、果指出,鍺的導(dǎo)電型號(hào)和電阻率基本沒有變化,這可能是由于鎳在沉淀的同時(shí)產(chǎn)生了新的淺受主能級(jí)。
　　 金對(duì)鍺的性能影響和鎳相似,但影響程度要遠(yuǎn)低于鎳。金擴(kuò)散鍺的電阻率隨著快速熱處理溫度的升高或時(shí)間的延長(zhǎng)而先增加后降低,當(dāng)熱處理溫度大于或等于750℃時(shí),鍺的導(dǎo)電型號(hào)由n型改變?yōu)閜型。擴(kuò)展電阻測(cè)試發(fā)現(xiàn)載流子濃度在近表面處較高,隨著深度的增加先直線下降后緩慢增加,這可能是由金在鍺中的擴(kuò)散速率較小和擴(kuò)散深度較淺引起的。此外,鍺的少子壽命隨著