АНОТАЦІЯ
Дуб М.М. Дослідження термостійких омічних контактів до напівпровідникового алмазу. – Кваліфікаційна наукова праця на правах рукопису.
Дисертація на здобуття наукового ступеня доктора філософії за спеціальністю 172 – телекомунікації та радіотехніка. Інститут фізики напівпровідників ім. В. Є. Лашкарьова Національної Академії наук України, Київ, 2020.
Дисертація присвячена дослідженню багатошарових термостійких омічних контактів до алмазу, напівпровідникового матеріалу перспективного для високочастотних транзисторних структур, потужних мікроелектронних приладів та приладів екстремальної електроніки (детектори рентгенівського та ядерного випромінювань, температурно- та радіаційностійкі мікроелектронні прилади). Створення і майбутня промислова реалізація даних мікроелектронних приладів можлива лише за умови створення надійних омічних контактів.
З аналізу літературних даних встановлено, що найбільш поширеним є легування бором. Пов’язано це з відносно низькою енергією активації бору ≈ 0,37 еВ у порівнянні з азотом ≈ 1,7 еВ, високими значеннями рухливості та розчинності в алмазі. Після порівняння контактних опорів для однакового типу металізації для полі- та монокристалічних плівок встановлено, що при низьких рівнях легування < 1018 см 3 монокристалічні плівки мають на два порядки менший контактний опір. При збільшенні концентрації дана різниця нівелюється. З урахуванням залежності значення контактного опору від рівня легування та температури відпалу, встановлено, що найбільш перспективним контактоутворюючим шаром слугує титан, який у процесі температурної обробки дозволяє утворення фаз TiC з низьким питомим контактним опором.
Досліджено морфологічні властивості сформованих контактів. Проведено Оже-профілометрію та Х-променеву дифрактометрію контактних структур до та після термічної обробки. Встановлено, що в контактній системі Au/Ti/C присутній значний вміст кисню до та після термічного відпалу, що може свідчити про проблеми вакууму при напиленні контакту. Після відпалу вміст кисню в контакті значно збільшується. Пов’язано це, в свою чергу, з дифузією кисню крізь шар золота. В результаті чого при збільшенні температури відпалу до 800 °С спостерігається деградація омічного контакту. В результаті дослідження контакту методом Х-променевої дифрактометрії не спостерігалося піків фаз TiOx та TiC до та після відпалу. Можливо припустити, що дані композити знаходяться в аморфному або нанокристалічному стані.
Розроблено метод оптимізації контактного шару Ti в контактах з використанням додаткового дифузійного бар’єра Mo. Оптимізація контактного шару Ti дозволяє утворити після швидкого термічного відпалу при 800 °С тонкий шар зі співвідношенням Ti:C, який дорівнює 1:0,96. Встановлено, що у випадках двошарової металізації Ti/Au контактного шару Au товщиною 100 нм не достатньо для уникнення дифузії вуглецю на поверхню, а кисню – вглиб контакту. В результаті чого при швидкому термічному відпалі (ШТВ) понад 600 °С відбувається деградація контакту. Додатковий дифузійний бар’єр на основі Мо товщиною 60 нм перешкоджає деградації контакту до температури ШТВ 800 °С.
Встановлено, що омічний контакт у структурах Au/Ti/C та Au/Mo/Ti/C формується в процесі магнетронного напилення на підігріту до 350 °С алмазну підкладку. Для контактної металізації Au/Ti/C оптимальна температура відпалу 600 °С. Контактний опір в даному випадку становить ρc = 6,3·10–3 Ом·см2 при концентрації легування Nа = 2,5·1019 см–3. При збільшенні температури відпалу спостерігається деградація контакту і, як наслідок, збільшення контактного опору. Показана можливість використання радіального омічного контакту у ролі інтегрованого термосенсора. При низьких прикладених напругах провідність у діапазоні температур 20–400 °С змінюється на два порядки, що достатньо для роботи схем захисту.
Створена контактна структура Au/Mo/Ti/C характеризується збільшеною термостабільністю контактів до 800 °С. Контактний опір у даному випадку становить ρc = (6,12 ± 3,78)·10–5 Ом·см2 при концентрації легування Nа = 1,3·1019 до 6,6·1019 см–3. Проаналізовано отримані результати у порівнянні з уже існуючими контактними металізаціями та підтверджено перспективність створеної металізації. Дана контактна система була використана у ролі мікросмугових ліній передачі гібридних інтегральних мікросхем НВЧ на алмазних підкладках високої теплопровідності, які працювали в діапазоні температур від 20 °С до 400 °С. Тангенс кута втрат не перевищує величину 10–4. Експлуатація передавальної лінії НВЧ при температурах (25–400) °С показала стабільність імпедансних характеристик пристрою.
Ключові слова: омічний контакт, алмаз, швидка термічна обробка, гібридна інтегральна схема.
