黑硅材料的金半接触及电学特性

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单晶硅材料的禁带宽度较大且为间接带隙结构,因而只能对可见光进行有效吸收。通过对单晶硅表面进行微刻蚀和元素掺杂,在形成良好陷光结构的同时,拓宽探测器的光谱响应,从而具备一定的近红外探测能力,这便是黑硅(BlackSilicon, BS)材料及其应用的初衷。近年来,凭借其诸多优异的光电特性,黑硅已成为最重要的硅基光电材料之一,在可见-近红外宽光谱光电探测和新型高效太阳能电池领域,获得了普遍关注并获得了实际应用。任何基于半导体材料的电子器件,在实用化过程中都必须解决好金属电极与半导体材料的电接触问题。本文基于对黑硅材料特性研究和器件化应用的需要,对“金属/黑硅”接触进行了较为系统的研究,研究内容主要包括:1)用单槽电化学方法制备不同孔洞深度的黑硅材料;2)用热蒸发、磁控溅射和化学镀(传统化学镀和直接化学镀)工艺,在孔深310μm的深孔黑硅表面沉积不同材料的金属;3)借助扫描电镜SEM,对Al/BS、Ni/BS、NiCr/BS和NiP/BS接触界面的微观形貌进行观察,并用纵向I-V测试模型和圆点型传输线模型,对各种“金属/黑硅”接触的电学性能进行比较测试、分析和讨论。研究结果表明:由于受阴影效应的影响,热蒸发Al和Ni金属无法完全填充黑硅材料的孔洞;溅射法沉积的NiCr镀层能够沉积到黑硅的孔洞底,但镀层致密性和均匀性较差;用化学镀制备的NiP合金能够完全填充黑硅的深孔结构,且镀膜均匀、致密。纵向I-V测试结果表明:经快速退火处理后的NiP/BS、Ni/BS接触,呈现出理想的线性对称欧姆接触特性;而Al/BS与NiCr/BS接触由于界面势垒或制备工艺的原因,只表现出近似欧姆接触特性。欧姆接触电阻率测试结果表明:热蒸发Ni/BS接触的比接触电阻率为2.02·cm2,而用常规化学镀和直接化学镀制备的NiP/BS接触具有更低的比接触电阻率,分别达到1.66×10-1·cm2和1.32×10-1·cm2
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