从传统电极转向铂电极：大幅降低p型碳化硅低阻接触的退火温度
京都大学的工程师们公布了一种极具前景的工艺，可用于制造碳化硅（SiC）功率器件的低电阻率p型接触电极。
在p型SiC上形成低电阻率的欧姆接触远非易事------这要求电极金属的功函数大于p型SiC的功函数。由于这一条件很少能自然满足，当电极金属沉积在p型SiC上时，往往会形成具有高接触电阻率的肖特基势垒。
目前实现低电阻率的标准方法，是在1000°C的高温下对基于钛/铝（Ti/Al）的接触进行退火处理。然而，由此产生的低电阻率（范围在10⁻⁶ Ω cm²到10⁻⁴ Ω cm²之间）伴随着诸多弊端，包括电极熔化、表面粗糙化以及器件性能退化。
京都大学的研究团队提出了一种极具吸引力的替代方案：采用铂（Pt）接触电极，并仅需在600°C的低温下进行退火处理。这一方法的优势证据来自他们最近的研究，该研究评估了在圆形传输线模型结构和垂直肖特基势垒二极管上形成的铂接触电极的特性。
圆形传输线模型结构的制备
圆形传输线模型结构的制备始于在n型4H-SiC (0001)衬底上外延生长10微米厚的掺氮n型SiC层。随后在500°C下向这些外延层注入铝离子，形成了深度约为200 nm的盒状分布。
根据二次离子质谱分析，注入后的样品在氩气环境下1750°C退火20分钟，铝掺杂密度根据注入剂量的不同，分别为8.2×10¹⁹ cm⁻³、1.8×10²⁰ cm⁻³、2.2×10²⁰ cm⁻³和3.0×10²⁰ cm⁻³。而基于肖特基载流子二极管的电容-电压测量和霍尔效应估算，对应的铝原子密度分别为3.4×10¹⁹ cm⁻³、5.8×10¹⁹ cm⁻³、6.2×10¹⁹ cm⁻³和8.3×10¹⁹ cm⁻³。
在清洗样品并进行溅射沉积150 nm厚的铂电极之前，工程师们在1300°C下进行了120分钟的氧化处理，以去除由于铝原子密度不均匀而导致的SiC表面区域。随后，在400°C、600°C或800°C下进行退火，从而制备出一系列样品。
肖特基载流子二极管的制备
肖特基载流子二极管的制备始于在p型4H-SiC (0001)衬底上生长p型SiC层。添加铂电极的步骤与上述圆形传输线模型结构的制备步骤相同。
表面形貌与电学特性分析
利用白光干涉仪获得的表面轮廓图显示，经600°C和800°C退火后的铂电极均方根粗糙度分别为1.41 nm和7.04 nm。这使得研究团队得出结论：在600°C下退火能显著抑制铂电极的表面粗糙化，其粗糙度远低于在1000°C下退火的Ti/Al基接触电极（后者的典型粗糙度在10 nm到40 nm之间）。
研究人员对铝原子密度为8.3×10¹⁹ cm⁻³的一系列圆形传输线模型结构进行了电流-电压（I-V）特性测试。这些针对不同退火温度（包括未退火）结构的测量结果确定，经600°C退火的铂接触电极产生了最大的电流以及欧姆型的电流-电压曲线。
研究团队还利用铝原子密度为8.3×10¹⁹ cm⁻³的圆形传输线模型结构，在不同退火温度（包括未退火）下测量了接触电阻率。正如预期，接触电阻率取决于退火温度，其中在600°C下对铂接触电极进行退火时电阻率达到最低值，仅为3.2×10⁻⁵ Ω cm²。据称，这一数值与在1000°C下退火的Ti/Al基接触电极的电阻率相当。
机理探究
随后对肖特基势垒二极管进行的电容-电压测量表明，较高的接触电阻率与势垒高度的增加相关。基于这一洞察，研究人员利用X射线衍射对接触电极进行了分析，观察到了硅化铂的衍射峰。在退火过程中，SiC中的硅原子会与铂原子发生反应，但碳原子并非如此，它们被认为仍留在Pt/SiC界面附近。
利用X射线光电子能谱分析了SiC-金属接触界面在不同深度的成分组成。
综合所有工作及其他相关研究，团队得出结论：硅化铂并非导致低电阻率的原因。相反，研究人员认为，以非晶态存在的sp²杂化碳在p型SiC带隙的下半部分产生了若干能级，这些能级能够捕获空穴，使费米能级向价带顶移动------这正是实现低电阻率的关键所在。
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