Лазерный мир

Для эксперимента использовали пластины 4H-SiC p-типа диаметром 150 мм (6″), толщиной 500 мкм, с отклонением поверхности на 4° от базисной плоскости в направлении ⟨11-20⟩ и нанесённым слоем никеля толщиной 100 нм.

Обработку проводили на лазерном комплексе МикроСет 2, модифицированном для решения данной задачи. Лазерный отжиг выполняли в защитной атмосфере аргона. В качестве источника излучения использовали импульсный лазер с длиной волны 355 нм и длительностью импульсов порядка 10-15 нс в зависимости от мощности и частоты. Точность позиционирования и воспроизведения геометрических размеров обрабатываемых областей составляла около 5 мкм.

После обработки измеряли ток в зависимости от приложенного напряжения при помощи микро зондовой установки SUSS MicroTec модели PM 8 и прецизионного измерителя LCR Agilent B1500A.

Строго омической считали линейную и симметричную ВАХ без выраженного гистерезиса.

Для количественной оценки использовали метод передающей линии, или TLM.

Для дополнительной оценки состояния контактной области после лазерного отжига использовали оптический профилометр Polytec TMS 1400. Измерения проводили на контактных структурах, показавших устойчивое омическое поведение по результатам ВАХ и TLM-анализа.

Результаты эксперимента

Результаты ВАХ

Всего было измерено 755 ВАХ — некоторую часть от общего числа пар контактов (~ 1200) пришлось отбраковать из-за слишком жесткого режима обработки — где большая часть никеля была удалена лазером. По строгим критериям омическое поведение получено для 438 пар контактов. 

Результаты TLM

Для наиболее устойчивых TLM-групп получено удельное контактное сопротивление порядка
8,35·10⁻5 Ом·см². На данном этапе данное значение следует рассматривать как подтверждение принципиальной возможности получения низкоомного омического контакта Ni/SiC методом лазерного отжига, а не как окончательно оптимизированный параметр процесса. Для определения воспроизводимого значения удельного контактного сопротивления необходимо повторить эксперимент на дополнительных образцах и проверить лучшие режимы на нескольких партиях материала.

Результаты профилометрии

Оптическая профилометрия показала, что после лазерного отжига поверхность контактной структуры получила выраженный рельеф. Наиболее заметные локальные изменения высоты наблюдались вблизи границ контактных областей. Для выделенной области анализа — контакта, показавшего омическое поведение и арифметическое отклонение высоты Sa составило около 0,7 мкм, а максимальная высота поверхности Sz — около 4,5 мкм.

Заключение

Проведённые исследования подтвердили возможность формирования омических контактов Ni/SiC методом лазерного отжига.

В исследованной матрице режимов выделены несколько устойчивых диапазонов, в пределах которых омическое поведение повторялось на различных межконтактных расстояниях и контактных линиях. Таким образом, эксперимент позволил определить исходный диапазон параметров для последующей целевой оптимизации процесса.

В ходе работы также была отработана методика быстрого исследования режимов на серии тестовых структур. Лазерный комплекс «МикроСет 2» и разработанное программное обеспечение позволяют точно задавать положение и геометрию обрабатываемых областей, воспроизводить траекторию сканирования и проводить последовательную обработку большого числа тестовых участков.

Следующим этапом станет уточнение границ найденного диапазона на новой партии образцов. Предусматривается проведение оптической профилометрии, фазового анализа, контроля температурного воздействия и испытаний стабильности контактов после термоциклирования. Эти исследования позволят выбрать режимы, обеспечивающие требуемые электрические характеристики при минимальном изменении поверхности, а также оценить возможность переноса процесса на изделия и технологические линии заказчиков.