[发明专利]一种碳化硅的欧姆电极结构及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种在碳化硅上形成的半导体结构，具体涉及在宽禁带碳化硅衬底上的欧姆电极结构及其制备方法。

背景技术

以碳化硅(SiC)及氮化镓(GaN)为代表的宽禁带材料，是继硅(Si)和砷化镓(GaAs)之后的新一代半导体材料。与Si和GaAs为代表的传统半导体材料相比，SiC在工作温度、抗辐射、耐高击穿电压性能等方面具有更多的优势[1]。SiC作为目前发展最成熟的宽带隙半导体材料，具有高热导率、高击穿场强、高饱和电子漂移速率和高键合能等优点，其优异的性能可以满足现代电子技术对高温、高频、高功率、高压以及抗辐射的新要求，因而被看作是半导体材料领域最有前景的材料之一。

为了实现电子系统中的相互连接，对于任何半导体器件，欧姆接触都是制备过程中必不可少的基本工艺之一，其质量的优劣对半导体器件的性能会产生至关重要的影响。近年来，碳化硅器件发展极其迅速，欧姆接触是SiC器件制备的重要工艺之一，欧姆接触质量的稳定性、接触电阻的大小直接影响着半导体器件的效率、增益和开关等性能指标。

在SiC材料生长过程中不容易得到足够高浓度的载流子浓度，并且SiC的离子注入困难使得实现高掺杂浓度的SiC材料较难。因而在SiC上制作高性能和低电阻的欧姆接触比其他半导体要困难。如何在低掺杂衬底上制备性能良好的欧姆接触成为SiC材料应用的一个重要制约因素。

目前国内外对碳化硅材料欧姆接触工艺的研究比较多地着眼于Ni、Cr、W、Mo、Al和Ti等耐高温材料或Ni2Si等硅化物材料；欧姆接触的形成需要借助于一定的退火工艺，其厚度及电学性能依赖于退火的条件，快速热退火是降低欧姆接触的比接触电阻的有效方法。但目前上述方法仍存在种种问题：例如，由于形成欧姆接触的合金化退火工艺受退火温度、退火时间和退火氛围等工艺参数的影响，得到的欧姆接触的比接触电阻率参差不齐，可重复性差。

发明内容

因此，为了克服上述现有技术的问题，本发明提供一种碳化硅(SiC)的欧姆电极结构及其制作方法，通过引入石墨烯作为降低SiC材料欧姆接触的媒介材料，从而实现低接触电阻，并提高SiC欧姆接触的稳定性。

根据本发明的一个方面，提供一种碳化硅欧姆电极结构，包括：碳化硅基底和金属层，以及位于所述碳化硅基底和金属层之间的石墨烯层。

在上述欧姆电极结构中，碳化硅基底可以是碳化硅体单晶或碳化硅外延层。进一步地，碳化硅单晶的晶型可以为4H-SiC、6H-SiC、3C-SiC或15R-SiC。

在上述欧姆电极结构中，碳化硅基底的导电类型可以是n型、p型或半绝缘。

在上述欧姆电极结构中，石墨烯层可为单层或多层。

在上述欧姆电极结构中，金属层可为由一种金属构成的单一金属层，或由两种或两种以上金属构成的复合金属层。进一步地，该金属可为Ti、Ni、Al、Au、Pt、Ta、W或Cr。

在上述欧姆电极结构中，复合金属层可为双层金属层，例如Ti/Au、Pt/Au、Ta/Ni、Ti/Pt、Ti/Al等。

根据本发明的另一个方面，提供一种碳化硅欧姆电极结构的制备方法，包括以下步骤：

1)选取碳化硅单晶基底或形成碳化硅外延层；

2)在所述碳化硅单晶基底或碳化硅外延层上形成石墨烯层；以及

3)在所述石墨烯层上形成金属层。

在上述制备方法中，所述步骤2)中通过直接热分解碳化硅单晶基底或碳化硅外延层形成石墨烯层。

在上述制备方法中，所述步骤2)中通过将已制备好的石墨烯直接转移到碳化硅单晶基底或碳化硅外延层上形成石墨烯层。

在上述制备方法中，所述石墨烯层为单层或多层。

在上述制备方法中，所述金属层为由一种金属构成的单一金属层，厚度为50nm到300nm。

在上述制备方法中，金属层可为由两种金属构成的复合金属层，第一层厚度为10nm-50nm，第二层厚度为40nm到300nm。

与现有技术相比，本发明的SiC欧姆电极结构优点在于接触电阻低，稳定性好。

附图说明

图1是根据本发明的欧姆电极结构的剖面图；

图2是本发明示例1中石墨烯的拉曼谱图；

图3是本发明示例1中制备的欧姆电极的I-V特性曲线；

图4是本发明示例2中石墨烯的拉曼谱图；

图5是本发明示例2中制备的欧姆电极的I-V特性曲线；和

图6是本发明示例3中制备的欧姆电极的I-V特性曲线。

具体实施方式