鍺單晶中鎳和金的行為研究.pdf

1、在低場條件下,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,因此近年來鍺的研究再次成為關(guān)注的重點。金屬污染很容易在鍺晶體的生長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條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間對鎳和金在鍺單晶片行為的影響。另外,本文對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鎳在鍺中的行為研究比較指出,這兩種條件下都會在鍺表面形成GeNi2。常規(guī)熱處理條件下,鍺的導(dǎo)電型號仍然為n型,電阻率隨熱處理溫度的升高而增加;快速熱處理時,鍺的導(dǎo)電型號轉(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、時間,研究了鎳對鍺的導(dǎo)電型號、電阻率和少子壽命的影響,并結(jié)合擴展電阻測試分析了鎳在鍺中的擴散行為。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)。鎳擴散鍺片的導(dǎo)電型號轉(zhuǎn)變?yōu)閜型,電阻率隨著熱處理溫度的升高或熱處理時間的延長而減小。當(dāng)熱處理溫度達(dá)到875℃時,電阻率隨著熱處理時間的增加只有略微的降低。擴展電阻測試發(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散現(xiàn)象。此外,鍺的少子壽命與熱處理溫度和時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)熱退火的實驗結(jié)

5、果指出,鍺的導(dǎo)電型號和電阻率基本沒有變化,這可能是由于鎳在沉淀的同時產(chǎn)生了新的淺受主能級。
　　 金對鍺的性能影響和鎳相似,但影響程度要遠(yuǎn)低于鎳。金擴散鍺的電阻率隨著快速熱處理溫度的升高或時間的延長而先增加后降低,當(dāng)熱處理溫度大于或等于750℃時,鍺的導(dǎo)電型號由n型改變?yōu)閜型。擴展電阻測試發(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散速率較小和擴散深度較淺引起的。此外,鍺的少子壽命隨著