Отчет по практике в Научно-образовательном центре «Нанотехнологии»

Содержание

 

1 Пояснительная  записка        3

2 План практики          10

3 Задания  на практику         10

4 Заключение          11

5 Список литературы         12

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1 Пояснительная записка

1.1 Введение

Вид осуществляемой практики – научно-исследовательская практика по направлению 210100 «Нанотехнологии в электронике»

Цель практики  - приобретение навыков и умений в подготовке и проведении научно-исследовательской экспериментальной части  магистерской диссертации, проведение прикладных научных исследований по проблемам технологии фотоэлектронных приборов на основе широкозонных полупроводников из оксидов металлов.

Задачи практики – провести анализ свойств и электрических характеристик гетеропереходов оксид цинка-кремний, получить пленки оксида цинка на подложках кремния методом импульсного лазерного облучения и методом магнетронного распыления

Особенность вида практики – использование нанотехнологического комплекса НТК НАНОФАБ-9, установки магнетронного распыления Auto-500, измерительной установки Холла Ecopia HMS-3000

Продолжительность и сроки проведения педагогической практики практики – с 04.03.13 по 23.06.13

Место проведения практики – г. Таганрог, Научно-образовательный центр «Нанотехнологии»

Общие требования, регламентирующие деятельность студента-практиканта - формирование у магистра профессиональных компетенций к решению профессиональных задач и осуществлению отдельных видов профессиональной деятельности: проводить научные исследования по научным проблема, непосредственно связанным с темой магистерской диссертации, участвовать в проведении научных исследований в соответствии с профилем профессиональной деятельности.

Требования к оценке профессионально-практической деятельности студентов и отчетности – Аттестация по итогам научно-исследовательской практики проводится на кафедре с оценкой: отлично, хорошо, удовлетворительно, не удовлетворительно. Аттестацию на кафедре проводит комиссия, созданная распоряжением заведующего кафедрой. По окончании педагогической практики студент защищает отчет перед комиссией, в состав которой входят: руководитель практики, преподаватель, ведущий дисциплину, по которой стажировался практикант. Оценка по практике выставляется на основе качества выполнения отчета, содержания доклада и правильности ответов на вопросы.

 

1.2 Требования к контактам к  карбиду кремния

 

Процесс формирования токопроводящих систем ТС занимает одно из центральных мест в технологических процессах  изготовления БИС и СБИС кремниевой микроэлектроники. Это связано с  высокой (более 25%) долей отбракованных структур и отказов в процессе эксплуатации, приходящихся на ТС. В состав ТС входят: невыпрямляющие (НК) к выпрямляющие (ВК) контакты, затворы МДП-структур, межэлементные соединения различных уровней, межуровневые диэлектрические слои, контактные площадки и тд Многослойные ТС содержат различные по своему функциональному назначению слои: контактные, адгезионные, барьерные, проводящие, вспомогательно-технологические и др., которые формируются из разнородных материалов по технологическим процессам, которые включают термическую обработку в различных режимах.

Материалы ТС ИМС должны удовлетворить достаточно обширному комплексу требований, объединенных в три группы:

1. требования к составу и структуре элементов ТС;
2. требования к характеру физико-химического взаимодействия ТС с поверхностями ИМС;
3. требования к свойствам ТС.

На  практике удовлетворить такому сложному и противоречивому комплексу требований часто невозможно. Поэтому при создании высоконадежных ТС приходится идти на определенные ограничения и допущения в сочетании с комбинацией материалов и технологических операций в маршруте.

В частности, материалы для НК и ВК не обязательно  должны удовлетворять всему комплексу  требований, поскольку контакты формируются в конце технологического процесса, при этом основные требования к материалам для таких контактов следующие:

 

1. обеспечение невыпрямляющего контакта к кремнию различного типа проводимости в широком диапазоне концентрации легирующих примесей (10¹⁷–10²¹ см^–3) с низким значением удельного переходного сопротивления (10^–4–10^–7 Ом см²); ВАХ линейной в рабочем диапазоне напряжений; минимальным уровнем инжекции из контакта в полупроводник;
2. обеспечение выпрямляющего контакта (или барьера Шоттки) к кремнию n- и p-типа в диапазоне концентрации легирующих примесей 10¹³–10¹⁸ см^–3 контролируемой высотой барьера (0,3–0,8 эВ); фактором идеальности, близким к единице (n=1,02–1,01); высокой термической стабильностью.

 

Для удовлетворения этим требованиям, при проектировании и изготовлении НК ВК необходимо принимать во внимание процессы физико-химического взаимодействия контактирующих материалов.

Ситуация  значительно усложняется при  переходе к ИМС на бинарных полупроводниковых материалах, в частности к карбиду кремния.

В настоящее  время в карбидокремниевой электронике в качестве материалов для диэлектрических слоев и пассивации используется в основном диоксид кремния. Однако процессы физико-химического взаимодействия контактирующих материалов при формировании НК и ВК к карбиду кремния являются более сложными и протекают в условиях влияния состояния поверхности, стехиометрии и степени дефектности материала подложки в приконтактной области, а также протекания металлургических процессов в зоне контакта при термообработке в условиях ограниченного содержания кремния и углерода.

 

1.3 Варианты конструкции ДБШ

 

Конструкция, предлагаемая в: Ludwig Östlund, Fabrication and Characterization of Micro and Nano Scale SiC UV Photodetectors, Stockholm, November, 2011

Омический контакт был сформирован распылением  Ni с последующим отжигом при 950 °C

 

Варианты  фронтального контакта:

 

1.4 Материалы омического контакта

Т.В. Бланк, Ю.А. Гольдберг, Механизмы  протекания тока в омических контактах  металл-полупроводник, Физика и техника полупроводников, 2007, том 41, вып. 11

Металл	Концентрация, см 3 или тип носителей	Температура отжига, °C	Сопротивление контакта, Ом • см2	Примечание
Ni	n	Без отжига	1.3 •  10~5	Использование слоя Si
Ni	n	1000
Ni	n	1000		Образование слоев Ni31Si12 и Ni2Si; образование донороподобных вакансий С, высота барьера 0.38 эВ
Ni	n+		10–6
Ni/Ti/Au	n= 1019	800	10–4
Ni, Ni/W, Ni/Ti/W	n	1000-1050		Образование Ni2Si или слоя Сг3С2
Ni/Cr/W, Cr/Mo/W
Cr	n
Pt/Ti/WSi/Ni	n	950-1000
Co/Si/Co	n	800	1.5x10–6	Образование слоя CoSi2
Al/Ti	p		10–4	Образование слоев Ni2Si и TiC
Al/Ti	p+ (> 1020)		10–4
Al/Si	P	750	3.8x10–5	Термоэлектронная  эмиссия
Al/Si	P	700-950	9.6x10–5
Al/Si	P	950	9.5x10–5	Образование Аl4С3
Al/Ti/Ni	p= 1019		9x10–5	Термополевая эмиссия через барьер 0.097 эВ
Au/A/Si, Au/Ti/A	P	700	(1.4–8.3)x10–5
Au/Ti/Au, Ti/Au	P	1000	(2–7) x10–5	Образование Ti3SiC2
Au/Ti/Al, Au/Pd/Al	P	850-950	10–5	То  же
Ti/Al	P	1000	10–5	Образование AI3Ti, Ti3SiC2, AI4C3, Ti5Si3
Ti/Al/Ge	P	600	10–4
Ni/Ti/Au	p=4.5x1018	800	10–3
Pd	P	750	5.52x10–5
Pd	P	600-700	5.5x10–5	Образование PdSi2
Si/Pt	P	1100	10–4	Диффузия С в металлические слои
Ge/Ti/Au	P	800	10–4	Образование Ti3SiC2

 

 

 

 

1.5 Материалы выпрямляющего контакта

 

1 УЛЬТАРАФИОЛЕТОВЫЕ КАРБИД-КРЕМНИЕВЫЕ ФОТОПРИЕМНИКИ, Веренчикова Р.Г., Водаков Ю.А., Литвин Д.П., Мохов Е.Н., Роенков А.Д., Санкин В.И., ФИЗИКА И ТЕХНИКА ПОЛУПРОВОДНИКОВ, том 26, вып. 6, 1992.

 

Барьеры Шоттки формировались на поверхности монокристаллических пластин карбида кремния или на эпитаксиальных пленках, выращенных на таких пластинах. Как правило, это были образцы n-типа проводимости с типичной концентрацией N_d–N_a10¹⁷ см^–3. В качестве полупрозрачного металлического контакта использовался тонкий слой напыленного в вакууме ХРОМА

 

2 Фотоприемники канцерогенного ультрафиолетового  излучения на основе 4H–SiC, Т.В. Бланк, Ю.А. Гольдберг, Е.В. Калинина, О.В. Константинов, ЖТФ, 2008, том 78, вып. 1

 

Диоды Шоттки создавались методом вакуумного напыления, причем омический контакт представлял собой слой Cr-Al, а барьерный контакт – Cr. Хром обладает хорошими адгезионными свойствами к 4H–SiC, имеет работу выхода большую, чем сродство к электрону 4H–SiC, и следовательно, высота барьера Шоттки в системе Cr–n-4H–SiC должна быть больше 0,5 эВ. Барьерный контакт имел площадь 2,25 мм² и был полупрозрачным для УФИ.

 

3. Фотоприемники ультрафиолетового  излучения на основе структур  металл-широкозонный полупроводник, Т.В. Бланк, Ю.А. Гольдберг, Е.В. Калинина, О.В. Константинов, Е.А. Поссе, ФТП, 2003, том 37, вып. 8

 

Барьер  Шоттки и омический контакт создавались методом термонапыления Cr на подложку при различных температурных режимах. Барьер Шоттки был полупроницаемым для света, площадь освещаемой поверхности S=2.25 мм².

 

4. Ludwig Östlund, Fabrication and Characterization of Micro and Nano Scale SiC UV Photodetectors, Stockholm, November, 2011

 

Омический контакт был сформирован распылением  Ni с последующим отжигом при 950 °C

 

5. Semiconductor ultraviolet photodetectors, Antoni Rogalski and Manijeh Razeghi

 

Диод  на основе SiC с p–n-переходом. Омический контакт к p-стороне и n-стороне – Al и Ni, соответственно.

Диод  с барьером Шоттки. В качестве барьерного слоя титан в форме ВШП толщиной 200 нм, омический контакт Al.

 

6. Токи утечки в 4H-SiC-диодах Шоттки с интегрированной шоттки–(p–n-структурой), П.А. Иванов, И.В. Грехов, ФТП, 2012, том 46, вып. 3

 

Никелевый омический контакт к шлифованной  с обратной стороны подложке путем  ионного распыления Ni-мишени (толщина слоя Ni 100 нм) с последующим отжигом в вакууме при температуре 950 С в течение 15 минут. Барьерный контакт диаметром 300 мкм формировался электронно-лучевым напылением хрома в высоком вакууме (толщина слоя 100 нм)

 

7. A. Sciuto, F. Roccaforte, S. Di Franco, S.F. Liotta, G. Bonanno, V. Raineri, High efficiency 4H-SiC Schottky UV-photodiodes using self-aligned semitransparent contacts

материал  для контакта Шоттки: полупрозрачный Ni₂Si.

2 План практики

 

№ п/п	Вид практики	Курс	Семестр	Сроки проведения
1	Научно-исследовательская	2	4	04.03.13 по 23.06.13

 

3 Задание на практику

 

1. Анализ вариантов  конструкций ДБШ;
2. Выбор материалов для выпрямляющего и омического контактов;
3. Решить вопрос о способе повышения концентрации носителей в SiC на тыльном контакте;

 

4 Заключение

 

В процессе прохождения практики были  сформированы профессиональные компетенции к решению научных задач и осуществлению отдельных видов профессиональной деятельности в соответствии  с программой подготовки магистров.

Научно-исследовательская  практика непосредственно направлена на формирование следующих компетенций выпускника:

- способен совершенствовать  и развивать свой интеллектуальный  и общекультурный уровень;

- способен к самостоятельному обучению новым методам исследования, к изменению научного профиля своей профессиональной деятельности;

- компетентно использовать на практике приобретенные умения и навыки в организации исследовательских работ, в управлении коллективом.

- проводить научные исследования  по управленческим проблемам;

- участвовать в проведении научных  исследований в соответствии  с профилем профессиональной деятельности.

 

5 Список  литературы

 

1. Зи С., Физика полупроводниковых приборов. //М.:Мир,1984
2. Ультарафиолетовые карбид-кремниевые фотоприемники, Веренчикова Р.Г., Водаков Ю.А., Литвин Д.П., Мохов Е.Н., Роенков А.Д., Санкин В.И., ФИЗИКА И ТЕХНИКА ПОЛУПРОВОДНИКОВ, том 26, вып. 6, 1992.Dengyuan Song and Baozeng Guo. Electrical properties and carrier transport mechanisms of n-ZnO/SiOx/n-Si isotype heterojunctions with native or thermal oxide interlayers. J.Phys. D: Appl. Phys. 42 (2009) 025103(8pp)]
3. Фотоприемники канцерогенного ультрафиолетового излучения на основе 4H–SiC, Т.В. Бланк, Ю.А. Гольдберг, Е.В. Калинина, О.В. Константинов, ЖТФ, 2008, том 78, вып. 1Sze S M 1981 Physics of Semiconductor Devices (New York:Wiley)
4. Фотоприемники ультрафиолетового излучения на основе структур металл-широкозонный полупроводник, Т.В. Бланк, Ю.А. Гольдберг, Е.В. Калинина, О.В. Константинов, Е.А. Поссе, ФТП, 2003, том 37, вып. 8
5. Ludwig Östlund, Fabrication and Characterization of Micro and Nano Scale SiC UV Photodetectors, Stockholm, November, 2011
6. Токи утечки в 4H-SiC-диодах Шоттки с интегрированной шоттки–(p–n-структурой), П.А. Иванов, И.В. Грехов, ФТП, 2012, том 46, вып. 3