تحضير ودراسة أداء الاتصال الأومي على رقاقة SiC بالتليين بالليزر +
PAM-XIAMEN قادرة على توفير أنواع مختلفة من الرقائق الفوقي 4H-SiC. للتفاصيل يرجى الاتصال على[email protected]
مع تطور أجهزة الطاقة نحو التكامل العالي وكثافة الطاقة العالية، يستمر سمك الركيزة للأجهزة في الانخفاض لتقليل مقاومة السلسلة، مما يفرض متطلبات أعلى لعملية إعداد جهات الاتصال الأومية الخلفية. يتم تنفيذ عملية التلدين الحراري السريع التقليدية (RTA) في درجات حرارة عالية، مما قد يؤدي بسهولة إلى تدهور أداء الهيكل الجانبي الأمامي للجهاز (مثل جهات اتصال شوتكي)، ولها ميزانية حرارية كبيرة. في السنوات الأخيرة، تمت دراسة تقنية التلدين بالليزر وتطبيقها على نطاق واسع في تحضير اتصالات SiC أومية نظرًا لمزاياها المتمثلة في التسخين المحلي والمنطقة الصغيرة المتأثرة بالحرارة والعملية المرنة.
1. آلية ومعلمة تحسين عملية التلدين بالليزر SiC
أثناء عملية التلدين بالليزر، فإن المعلمات مثل الطول الموجي بالليزر، وكثافة الطاقة، وعدد النبضات، ودرجة الحرارة الأساسية لها تأثير حاسم على تكوين الاتصالات الأومية. أظهرت الأبحاث أن أشعة الليزر فوق البنفسجية ذات الأطوال الموجية أقل من 355 نانومتر يتم امتصاصها بسهولة أكبر بواسطة الأقطاب الكهربائية المعدنية، وهو مفيد للتدفئة المحلية ويعزز التفاعل بين المعدن وSiC. على سبيل المثال، بيرغر وآخرون. صلب Ti/4H-SiC باستخدام ليزر مسطح 355 نانومتر وحصل على مقاومة تلامس تبلغ 1.4 × 10⁻⁴Ω· cm² بكثافة طاقة تبلغ 4.25 J/cm².
التلدين بالليزر متعدد النبضات (MPLA) يقلل أيضًا من كثافة الطاقة المطلوبة لتشكيل اتصالات منخفضة المقاومة. أوبريشت وآخرون. وجد أنه عند درجة حرارة أساسية تبلغ 400 درجة مئوية، يمكن لليزر النبضي الواحد تحقيق اتصال أومي بمقاومة اتصال منخفضة تصل إلى 10⁻⁵Ω·cm². بالإضافة إلى ذلك، مع زيادة عدد النبضات، يتقدم تفاعل مبيد السيليكات ويصبح إعادة توزيع الكربون أكثر تجانسًا، وهو أمر مفيد لتقليل مقاومة التلامس.
الشكل 1: العلاقة بين Rs وكثافة الطاقة تحت أرقام نبض مختلفة
2. التفاعل بين الأقطاب الكهربائية ومبيدات السيليكا
أكثر المعادن الملامسة الأومية التي تمت دراستها على نطاق واسع في الوقت الحاضر هي النيكل (Ni) والتيتانيوم (Ti). يتفاعل Ni مع Si في SiC عند درجات حرارة عالية لتكوين مركبات سيليكون النيكل (مثل Ni₂Si، NiSi، NiSi₂)، والتي تعد الأساس لتشكيل اتصالات أومية منخفضة المقاومة. ومع ذلك، سوف تترسب مجموعات الكربون أثناء عملية تفاعل النيكل، مما يؤثر على التصاق المعدن واستقرار الواجهة.
في المقابل، يمكن أن يتفاعل Ti مع Si وC في SiC لتكوين Ti5سي3 وTiC، مما يعمل على منع ترسيب الكربون بشكل فعال وتحسين جودة الواجهة. دي سيلفا وآخرون. تم إعداد جهات الاتصال الفوقي Ti-Si-C على المستوى C 4H-SiC بواسطة التلدين بالليزر النبضي، وحصلت على مقاومة تلامس تبلغ 7.9 × 10⁻⁵Ω·cm².
يشير تحليل XRD وTEM إلى أن مرحلة مبيد السيليكات التي تكونت أثناء التلدين بالليزر ترتبط ارتباطًا وثيقًا بمقاومة التلامس. بادالا وآخرون. وجد أنه مع زيادة درجة تلف الركيزة، ينتقل تفاعل مبيد السيليس من مرحلة غنية بالنيكل (مثل Ni₃₅Si) إلى مرحلة فقيرة بالنيكل (مثل Ni₂₅Si)، وتقل مقاومة التلامس وفقًا لذلك.
الشكل 2: مقارنة بين هياكل واجهة XRD وTEM بين أقطاب Ni وTi
3. آثار ترقق الركيزة والضرر البلوري
يعد ترقق الركيزة خطوة أساسية في تقليل المقاومة المتسلسلة للأجهزة، ولكن الطحن الميكانيكي يمكن أن يؤدي إلى خشونة السطح وتلف بلورات السطح الفرعي، مما يؤثر بدوره على تكوين الاتصالات الأومية. بادالا وآخرون. تمت دراسة تأثيرات ثلاث عمليات ترقق بشكل منهجي، وهي الطحن الخشن، والطحن الناعم، والطحن المتناهي الصغر، على خصائص التلامس الأومي لـ Ni/4H-SiC.
لقد وجدت الأبحاث أنه مع زيادة خشونة السطح وكثافة العيوب، يصبح تفاعل مبيد السيليس أكثر اكتمالًا تحت نفس ظروف الليزر، وتنخفض مقاومة التلامس بشكل ملحوظ. يُظهر تحليل TEM أن سمك طبقة مبيد السيليس في عينة الأرض الخشنة غير متساوٍ، ولا يزال هناك تلف بلوري في الواجهة. ومع ذلك، فإن واجهة التفاعل تمتد إلى الأسفل عند العيب، مما يوفر المزيد من مصادر Si المتاحة للتفاعل.
الشكل 3: المقطع العرضي TEM لطبقة مبيد السيليكات تحت عمليات ترقق مختلفة
4. التوصيف الدقيق للخصائص الكهربائية لجهات الاتصال الأومية
عادةً ما يتم تقييم أداء الاتصالات الأومية من خلال مقاومة الاتصال المحددة (SCR)، وتعد طريقة خط النقل الدائري (c-TLM) طريقة قياس شائعة الاستخدام. ومع ذلك، بيرغر وآخرون. أشار إلى أن تصنيع هياكل TLM مباشرة على ركائز SiC مخدرة بدرجة عالية يمكن أن يؤدي إلى انتشار التيار في الركيزة، وهو ما لا يمكن أن يعكس بدقة المقاومة الحقيقية لواجهة الاتصال.
من خلال محاكاة TCAD، اقترحوا إدخال طبقة عزل منخفضة المنشطات (مثل طبقة n⁻ بسمك 10 ميكرومتر مع 5 × 10³cm⁻³ إشابة) بين الركيزة وطبقة التلامس، والتي يمكن أن تحد بشكل فعال من تدفق التيار في الطبقة العليا n⁺ وتقيس بدقة قيم SCR منخفضة تصل إلى 10⁻⁶ Ω·cm². يوفر هذا الاستنتاج أساسًا مهمًا للتوصيف الدقيق لجهات الاتصال الأومية الملدنة بالليزر.
الشكل 4: رسم تخطيطي لمحاكاة توزيع الكثافة الحالية في رقاقة 4H-SiC مع بنية طبقة العزل
الشكل 5: خصائص الاتصال Ti/4H-SiC والعلاقة بين المقاومة والتباعد المقاسة في التجربة
5. التحقق من أداء الاتصال الأومي الملدن بالليزر وآفاق التطبيق
تم التحقق من صحة الاتصالات الأومية الملدنة بالليزر في أجهزة مثل ثنائيات حاجز شوتكي SiC (SBDs) وثنائيات حاجز الوصلات شوتكي (JBS). كيم وآخرون. قارنت أجهزة JBS الملدنة بالليزر وأجهزة JBS المعالجة بهيئة الطرق والمواصلات ووجدت أن جهد التشغيل الأمامي للعينات الملدنة بالليزر كان أقل، وكان جهد الانهيار العكسي أعلى.
روش وآخرون. تم الإبلاغ عن تحضير الثنائيات SiC 6A / 650V باستخدام عمليات ترقق الركيزة والتليين بالليزر. انخفض جهد التشغيل من 1.78 فولت في عملية RTA إلى 1.62 فولت، وكان تيار التسرب أقل من 1μA عند الجهد المقنن. تشير هذه النتائج إلى أن تقنية التلدين بالليزر لها مزايا كبيرة في تحسين أداء الجهاز.
أظهر التلدين بالليزر، باعتباره تقنية تلدين موضعية ومنخفضة الحرارة وفعالة، إمكانات كبيرة في إعداد الاتصالات الأومية لأجهزة الطاقة SiC. من خلال تحسين معلمات الليزر، ومواد الإلكترود، وتقنيات معالجة الركيزة، يمكن تحقيق اتصالات أومية عالية الجودة بمقاومة تلامس أقل من 10⁻⁵Ω·cm².
سواء كنت بحاجة إلى رقاقة SiC للبحث أو للتطبيقات الصناعية، يرجى الاتصال بنا عبر البريد الإلكتروني على[email protected] و [email protected].
مراجع:
1. Li, G., Xu, M., Zou, D., Cui, Y., Zhong, Y., Cui, P., … & Han, J. (2023). تصنيع الاتصال الأومي على N-Type SiC بواسطة عملية التلدين بالليزر: مراجعة. بلورات, 13(7), 1106.
2. Opprecht, M., Kerdilès, S., Biscarrat, J., Godignon, P., Masante, C., Laviéville, R., … & Tabata, T. (2024). تكوين الاتصال الأومي Ni/4H-SiC باستخدام التلدين بالليزر متعدد النبضات بالنانو ثانية. ظواهر الحالة الصلبة، 359، 65-70.
3. Badalà, P., Bongiorno, C., Fiorenza, P., Bellocchi, G., Smecca, E., Vivona, M., … & Alberti, A. (2024). الخصائص الكهربائية والهيكلية للاتصالات الأومية للثنائيات كذا ملفقة على رقائق رقيقة. ظواهر الحالة الصلبة، 359، 97-103.
4. بيرغر، سي.، ألكوير، د.، وميشود، جي إف (2024). كيفية تحديد خصائص الاتصال الأومية بدقة على النوع n 4H-SiC. الإلكترونيات، 13(1)، 217.