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臺灣博碩士論文加值系統

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研究生:何靖堯
研究生(外文):CHING-YAO HO
論文名稱:表面處理對N型氮化鎵蕭特基二極體特性影響之研究
論文名稱(外文):Effects of the surface treatment on n-type GaN Schottky diodes
指導教授:林祐仲
指導教授(外文):Yow-Jon Lin
學位類別:碩士
校院名稱:逢甲大學
系所名稱:電機工程所
學門:工程學門
學類:電資工程學類
論文種類:學術論文
論文出版年:2005
畢業學年度:93
語文別:中文
論文頁數:46
中文關鍵詞:蕭特基接觸氮化鎵費米能階釘札氮空位
外文關鍵詞:GaNSchottky contanctnitrogen vacancy defects
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摘 要


此次研究中探討對氮空位(nitrogen vacancy,簡稱VN)相關缺陷之表面態(surface states)和費米能階釘札(Fermi level pinning)的關係,實驗結果發現利用硫化銨[(NH4)2Sx]溶液進行表面處理後所製成之金屬/n型GaN(n-GaN)的蕭特基二極體可獲得理想的蕭特基位障(Schottky barrier)。此外,經由活性離子蝕刻(reactive ion etching,簡稱RIE)系統蝕刻處理之n-GaN再鍍上金屬後所製成的蕭特基二極體因受到金屬-半導體界面由蝕刻所形成氮空位相關缺陷的影響,致使所觀測的蕭特基位障高度下降至0.5eV,使用電容-電壓(capacitance–voltage,簡稱C-V)量測法測量表面能帶彎曲(surface band bending),經由x光光電子能譜術(x-rayphotoelectron spectroscopy,簡稱XPS)和深紫外光光電子能譜術(ultraviolet photoelectron spectroscopy,簡稱UPS)證實費米能階(Fermi level)被釘札在導帶下方0.5eV處。
Abstract

The relationship between the surface states related to nitrogen -vacancy defects and surface Fermi level pinning has been investigated using x-ray photoelectron spectroscopy, ultraviolet photoelectron spectroscopy and capacitance–voltage measurements. Barrier heights of 1.09, 0.50, 1.20, and 0.5eV, respectively, were obtained for Ni/(NH4)2Sx-treated n-GaN, Ni/etched n-GaN, Au/(NH4)2Sx-treated n-GaN and Au/etched n-GaN Schottky diodes. For Schottky diodes with (NH4)2Sx treatment, the observed Schottky barrier height is very close to the Schottky limit, due to the reduction of the surface state density. This suggests that a large number of surface states related to nitrogen-vacancy defects on the etched n-GaN surface would lead to the pinning of the Fermi level at 0.50eV below the conduction band edge.
目 錄
摘要
英文摘要
誌謝
目錄
圖目錄
表目錄


第一章 前言
1.1 氮化鎵材料的發展......1
1.2 元件的蝕刻製程........3
1.3 實驗條件及量測........3

第二章 量測方法與原理
   2.1 x光光電子能譜術量測...5
   2.2 反應離子蝕刻系統......6
2.2.1 乾式蝕刻的選用......7
2.2.2 化學性與物理性的蝕刻7
2.2.3 反應式離子蝕刻造成的損害......8


  2.3 電容-電壓量測法.......9
2.4 金屬與半導體接觸理論...10

第三章 實驗步驟

第四章 實驗結果與討論
4.1 C-V觀測法結果分析....13
4.2 費米能階釘札機制........15

第五章 結 論......................19

第六章 參考文獻....................44


圖 目 錄

圖 1-1 金屬/n-GaN界面位障高度示意圖......21
圖 2-1 光電子發生原理示意圖..............22
圖 2-2 非等向性乾性蝕刻示意圖............23
圖 2-3 等向性溼性蝕刻示意圖..............23
圖 2-4 金屬與n型半導體未接觸前(qΦm>qΦs)..24 圖 2-5 金屬與n型半導體接觸達熱平衡後(蕭特基接
觸)...............................25
圖 2-6 金屬與n型半導體未接觸前(qΦm<qΦs) .26
圖 2-7 金屬與n型半導體接觸達熱平衡後(歐姆接觸)…........…..27
圖 2-8 金屬與p型半導體未接觸前(qΦm<qΦs)..28
圖 2-9 金屬與p型半導體未接觸前(蕭特基接觸)………….……..29
圖 2-10 金屬與p型半導體未接觸前(qΦm>qΦs)...30
圖 2-11 金屬與p型半導體未接觸前(歐姆接觸)………..…..…….31
圖 3-1 蕭特基二極體結構圖................32
圖 3-2 氮化鎵蕭特基二極體俯視圖.........33
圖 4-1 A2/C2-V量測曲線(a)Ni/硫化處理n-GaN,(b)Ni/蝕刻處理n-GaN,(c) Au/硫化處理n-GaN和(d) Au/蝕刻處理n-GaN.………..…..……….34
圖 4-2 (a)硫化銨溶液處理和(b)蝕刻處理之n-GaN表面的N1sXPS能譜圖…...……..……35
圖 4-3 (a)硫化處理和(b)蝕刻處理之n-GaN表面的Ga3d XPS能譜圖…....……………36
圖 4-4 (a)硫化處理(b)蝕刻處理和(c)未做任何處理之n-GaN表面的UPS價帶能譜圖…..37
圖 4-5 原子濃度比與表面費米能階相對於價帶(Ev)位置(a)未做任何處理n-GaN表面(b)硫化處理n-GaN表面(c)蝕刻處理n-GaN表面…..………..38
圖4-6 (a)Ni/未經蝕刻處理之n-GaN能帶圖(b)Ni/經蝕刻處理之n-GaN能帶圖...…………39
圖4-7 (a)Au/未經蝕刻處理之n-GaN能帶圖(b)Au/經蝕刻處理之n-GaN能帶圖….…………40
圖4-8 (a)Ni/未蝕刻n-GaN界面空乏區空間電荷密度之示意圖(b)Ni/經蝕刻n-GaN界面空乏區之空間電荷密度及表面態密度之示意圖.……….….41

表 目 錄

表2-1 x光光源的能量及其能譜半高寬…..42

表 4-1 經過不同表面處理之n-GaN的載子濃度與其所製成蕭特基二極體的內建電位與蕭特基位障高度觀測值.................................43
參 考 文 獻


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