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研究生: 鄭閔友
Cheng, Ming-Yu
論文名稱: 高崩潰電壓AZO/Si蕭特基二極體之研究
Study of high breakdown voltage AZO/Si Schottky barrier diodes
指導教授: 洪茂峰
Houng, Mau-Phon
學位類別: 碩士
Master
系所名稱: 電機資訊學院 - 微電子工程研究所
Institute of Microelectronics
論文出版年: 2017
畢業學年度: 105
語文別: 中文
論文頁數: 81
中文關鍵詞: 氫電漿蕭特基二極體高崩潰電壓
外文關鍵詞: Schottky barrier diodes, high breakdown voltage, hydrogen plasma
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  • 本研究目標是利用AZO/Si異質結構製作高崩潰電壓之蕭特基二極體,為了改善矽表面所造成的缺陷與減少蕭特基二極體漏電流,本研究提出使用氫電漿對矽進行處理達到更乾淨的表面,並增加保護環(guard ring)與退火(annealing)來增加崩潰電壓與減少漏電流密度。此研究成功製造出高崩潰電壓(>200V)與低漏電流密度(≤72μA/mm2@100V)的蕭特基二極體,並透過量測閃爍雜訊(flicker noise),可以確定經過氫電漿處理的蕭特基二極體可以改善矽與氧化層介面的懸浮鍵,進而降低載子在介面缺陷上的複合(recombination)。然而蕭特基二極體的逆向飽和電流與順向導通電壓主要由蕭基位障高度(ФB)來決定,所以低順向壓降與之逆向飽和電流是背道而馳的兩個目標。在IC中須考慮最小功率損耗的操作,蕭特基二極體的蕭特基能障則在兩者間取得平衡,以達到兼顧高崩潰電壓與低漏電流要求。

    In this thesis, the design and fabrication of AZO/Si Schottky barrier diodes (SBDs) with hydrogen plasma treatment on silicon surface and AlxOx guard ring are presented. Experimental results show that the reverse leakage current was reduced and the breakdown voltage increased with an addition of the AlxOx guard ring. It was found that the diode and fabrication technology developed in the present thesis is applicable to the realization of SBDs with a high breakdown voltage (>200V), a low reverse leakage current density (≤72μA/mm2@100V), and an Schottky barrier height 1.095eV.

    目錄 摘要 i 致謝 ix 目錄 x 表目錄 xii 圖目錄 xiii 第一章緒論 1 1-1前言 1 1-2金屬-半導體接觸理論 1 1-2-1 歐姆接觸理論 2 1-2-2蕭特基接觸理論 3 1-3研究動機 6 第二章理論基礎 8 2-1透明導電薄膜基礎原理 8 2-1-1 概論 8 2-1-2 TCO薄膜之導電機制 12 2-1-3 TCO薄膜之光學性質 13 2-2 氧化鋅薄膜之簡介 15 2-2-1概論 15 2-2-2 AZO 薄膜之電學性質 16 2-3濺鍍(sputtering)原理 19 2-4薄膜沈積現象 23 2-5製程壓力與溫度對薄膜特性影響 24 2-6 蕭特基二極體操作原理 26 2-6-1 順向偏壓 26 2-6-2 逆向偏壓 26 2-7 接面崩潰(Junction Breakdown) 27 2-7-1 熱不穩定度(Thermal Instability) 28 2-7-2 穿隧(Tunneling) 29 2-7-3 累增倍乘(Avalanche Multiplication) 30 2-8 金氧半氧化層缺陷之型態 31 2-8-1 氧化層崩潰電壓模式 35 2-9 雜訊(Noise) 36 第三章實驗方法與量測儀器介紹 40 3-1 實驗方法 40 3-1-1 矽基板的前置處理 40 3-1-2氫電漿處理 41 1-1-3 AZO薄膜與鋁正背電極製備 42 1-1-4 保護環(guard ring)製備 44 1-1-5 退火處理 46 3-2 實驗製程設備介紹 46 3-2-1微波電漿化學氣相沉積(MPCVD)系統 46 3-2-2濺鍍系統 47 3-2-3原子層沉積系統(Atomic Layer Deposition System) 48 3-2-4快速熱退火系統(Rapid Thermal Annealing System) 49 3-3 實驗量測設備介紹 50 3-3-1原子力顯微鏡(Atomic Force Microscope, AFM) 50 3-3-2導電原子力顯微鏡(Conductive Atomic Force Microscope, C-AFM) 51 3-3-3場發射掃描式電子顯微鏡(Field Emission-Scanning Electron Microscope, FE-SEM) 51 3-3-4 X光繞射儀(X-Ray Diffraction, XRD) 52 3-3-5能量分析光譜儀(Energy Dispersive Spectrometer ; EDS) 53 3-3-6霍爾效應量測(Hall effect measurement) 53 3-3-7 紫外光-可見光光譜儀(Ultraviolet Visible Spectrometer, UV-VIS) 55 3-3-8 接觸角量測儀 (Contact angle) 55 3-3-9穿透式電子顯微鏡 (TEM) 56 第四章結果與討論 59 4-1基板溫度對AZO 薄膜光電特性影響 59 4-1-1 AZO薄膜結晶品質 59 4-1-2 AZO薄膜電性分析 61 4-2蕭特基二極體電性分析 63 4-2-1 矽表面潔淨度影響 63 4-2-2 矽表面經過氫電漿處理 66 4-2-3 AZO沉積溫度的影響 71 4-2-4 AlxOx保護環的影響 73 第五章 結論 78 第六章未來工作 79 參考文獻 80

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