[发明专利]一种改善金属－P型半导体欧姆接触性能的方法

说明书

技术领域

本发明属于半导体器件制造技术，具体涉及一种利用纳米碳管薄膜改善半导体器件欧姆接触性能的方法。

背景技术

限制半导体器件性能的一个重要因素是器件的欧姆接触。由于Scottky势垒导致的等效串联电阻消耗电能并转化为热能，增加了器件的功耗，严重时还会导致器件失效。提高金属-半导体间的欧姆接触对现有的半导体器件性能的提高有重要的意义。

实现欧姆接触，有如下几类方法：其中之一也是常用的方法是重掺杂方法，这种方法的原理为通过重掺杂使势垒变薄，导致隧穿现象，实现场发射；另一种方案即利用“能带工程”来降低势垒或完全消除势垒，这种方法是在宽带隙半导体材料表面生长超薄窄带材料或量子隧穿超晶格来降低势垒高度，从而实现极低阻值的欧姆接触。金属-P型半导体间存在良好欧姆接触必须具备的两个条件是：1)半导体要实现高浓度掺杂(＞1×10¹⁸cm^-3)；2)金属的功函数比P型半导体的功函数大。但对于有些宽带隙的P型半导体材料，比如P-GaN，其空穴浓度通常难以达到1×10¹⁸cm^-3，难以达到空穴可以隧穿Schottky势垒的水平。此外，P-GaN功函数为7.5eV，而一般的金属功函数小于5.0eV，这也不利于金属-P型GaN之间良好欧姆接触的实现。找到一种新的方法来提高金属-宽带隙P型半导体间的欧姆接触性能有非常重要的意义。

纳米碳管薄膜可以作为一种媒介有效传递从金属电极到半导体材料的电荷，从而提高半导体器件的欧姆接触特性。纳米碳管具有独特的电性质、场发射性质和热传导性质。基于现有的材料合成技术制备的单壁纳米碳管包括金属型碳管和半导体型碳管两种。从统计分布的原理讲，所制备的单壁纳米碳管中有1/3是金属型碳管(当n-m等于3的整数倍时，其中n，m被称为纳米碳管的手性因子，与石墨片卷曲形成纳米碳管时石墨片的卷曲方向相关)，有2/3是半导体型碳管(当n-m不等于3的整数倍时)。当纳米碳管直径D＞1nm时(第一类碳管)，其功函数与其母体石墨相当，约为4.7eV.且在此范围内不随纳米碳管直径变化。当纳米碳管直径D＜1nm时(第二类碳管)，曲率效应导致其功函数与其母体石墨有很大偏离。对于半导体型纳米碳管，随着直径的降低，功函数明显增加[Bin Shan，Kyeongjae Cho，FirstPrinciples Study of Work Functions of Single Wall Carbon Nanotubes，Phys.Rev.Lett.，94，236602，2005]，这启示我们可以通过改变纳米碳管直径来调节其功函数，以适应纳米碳管与不同带隙的半导体欧姆接触。在纳米碳管薄膜中，各种导电类型的纳米碳管充分混合，在整体上纳米碳管薄膜是P型半导体。P型纳米碳管薄膜这种奇特的性质使这种材料成为与P型半导体实现欧姆接触最有希望的候选材料，有望解决某些宽带隙半导体(比如GaN)欧姆接触难实现的问题。在金属/纳米碳管薄膜/P型半导体结构中，金属电极与金属纳米碳管之间不存在势垒，P型半导体与具有相近能带结构的半导体纳米碳管(束)非常容易发生电荷转移，以及金属纳米碳管和半导体纳米碳管之间大的接触面积使电荷转移也变得很容易。因此纳米碳管薄膜可以作为一种媒介有效传递从金属电极到半导体材料的电荷。

发明内容

本发明的目的在于提供一种改善金属-P型半导体欧姆接触性能的方法，该方法可以提高金属-P型半导体的欧姆接触性能。

本发明提供的改善金属-P型半导体欧姆接触性能的方法，其步骤包括：

(1)按照下述过程在半导体器件P型半导体上形成一层带有设计图形的纳米碳管薄膜；

(1.1)合成和提纯纳米碳管；

(1.2)在半导体器件顶层P型半导体上制备纳米碳管薄膜；

(1.3)首先在上述纳米碳管碳薄膜上制备一层介质膜；再在介质膜上沉积一层光刻胶；然后在光刻胶上定义所设计的图形，曝光、显影、清洗和坚膜后，以光刻胶作为掩蔽刻蚀介质膜；利用带有设计图形的介质膜作为新的掩蔽刻蚀纳米碳管薄膜，刻蚀完成后去掉残余的介质膜材料；

(2)在纳米管碳薄膜上制备金属电极或合金作打线之用。

本发明强调利用纳米碳管薄膜改善半导体器件的欧姆接触特性。相对于以往技术，本技术方案具有制作工艺简单、成本低和适合大规模应用等优点，可以提高半导体器件的可靠性和寿命。

附图说明

图1为单根纳米碳管的功函数与纳米碳管直径的关系示意图；