Ag/SiNWs肖特基二极管温敏特性的研究

摘要

当半导体材料尺度至少在空间某一维度缩小到纳米尺度范围内(1～100nm)后，将派生出很多新颖的纳米效应-表面效应、量子尺寸效应、小尺寸效应和宏观量子隧道效应，以此为基础可以衍生出各类具有应用潜力的纳米器件。21世纪初的主要任务之一是依据纳米结构的各种新颖物理性质，设计制作顺应21世纪高密度信息处理技术需要的新一代量子电子器件。纳米器件的研究和发展已经成为新的科学研究热点和未来新经济时代的增长点。本研究中对基于Ag/SiNWs的肖特基二极管的温度特性开展了研究。
　　 本文中首先阐述了硅纳米线上修饰金属Ag的肖特基二极管(Ag/SiNWs)的制备过程。利用了伽伐尼置换原理(即化学刻蚀)，在(100)硅衬底一面生长纳米线阵列。通过化学无电镀(electrless plating)的方式在已制备的硅纳米线阵列表面修饰金属银，形成Ag/SiNWs肖特基接触。在硅片另一面热蒸发铝并退火形成欧姆接触。并对器件进行了微观形貌SEM表征和物相分析XRD表征。
　　 其次，研究了Ag/SiNWs二极管的电学特性，并测试了其I-V-T特性。显示Ag与SiNWs形成了肖特基接触，具有明显整流特性，正向开启电压大约在1V左右。对比n型、p型硅衬底的Ag/SiNWs肖特基二极管的I-V特性，得到n衬底的Ag/SiNWs整流特性明显，其反向截止特性较好，反向击穿电压至少大于10V，且其反向电流随温度的增高而增大，并具有一定的规律性。
　　 最后，选择N型衬底Ag/SiNWs肖特基二极管作为研究对象，详细地分析了其电流传输机制以及其温度敏感特性。主要包括了：
　　 1.通过Cheung模型，计算了得到Ag/n-SiNWs SBD的零偏压下的势垒高度φB为0.957eV，串联电阻为1157.6Ω，理想因子为3.9，其正向电流传输机制不是理想的热电子发射电流传输机制；
　　 2.采用1stOpt软件对Ag/n-SiNWs SBD伏安特性进行曲线拟合分析其电流传输机制。其传输机制受到热电子发射、隧穿、产生-复合、漏电流几种电流传输机制的共同影响，热电子发射机制在其中起到主导作用；
　　 3.Ag/n-SiNWs SBD的曲线n vs.T斜率是Ag/n-Si SBD的两倍左右，以硅纳米线为衬底制备的肖特基势垒二极管相对于体硅材料的二极管具有较高的温度敏感特性；
　　 4.反向偏压下，通过Ag/SiNWs SBD的电流随温度升高增大，In∣Js∣与-1000/T存在线性关系。当反向偏压约为2.1V时，此线性关系的斜率达到最大值5.433。