[논문]극성/무극성 6H-SiC 쇼트키 베리어 다이오드 제조 및 전기적 특성 연구

김경민; 박성현; 이원재; 신병철

doi:10.4313/jkem.2010.23.8.587

극성/무극성 6H-SiC 쇼트키 베리어 다이오드 제조 및 전기적 특성 연구
A Study About Electrical Properties and Fabrication Schottky Barrirer Diode Prepared on Polar/Non-Polar of 6H-SiC 원문보기

전기전자재료학회논문지 = Journal of the Korean institute of electronic material engineers, v.23 no.8, 2010년, pp.587 - 592

김경민 (동의대학교 나노공학과) , 박성현 (동의대학교 전자세라믹스센터) , 이원재 (동의대학교 전자세라믹스센터) , 신병철 (동의대학교 전자세라믹스센터)

Abstract ▼ AI-Helper

We have fabricated schottky barrier diode (SBDs) using polar (c-plane) and non polar (a-, m-plane) n-type 6H-SiC wafers. Ni/SiC ohmic contact was accomplished on the backside of the SiC wafers by thermal evaporation and annealed for 20minutes at $950^{\circ}C$ in mixture gas ($N_2$ 90% + $H_2$ balanced). The specific contact resistance was $3.6{\times}10^{-4}{\Omega}cm^2$ after annealing at $950^{\circ}C$. The XRD results of the alloyed contact layer show that formation of $NiSi_2$ layer might be responsible for the ohmic contact. The active rectifying electrode was formed by the same thermal evaporation of Ni thin film on topside of the SiC wafers and annealed for 5 minutes at $500^{\circ}C$ in mixture gas ($N_2$ 90% + $H_2$ balanced). The electrical properties of SBDs have been characterized by means of I-V and C-V curves. The forward voltage drop is about 0.95 V, 0.8 V and 0.8 V for c-, a- and m-plane SiC SBDs respectively. The ideality factor (${\eta}$) of all SBDs have been calculated from log(I)-V plot. The values of ideality factor were 1.46, 1.46 and 1.61 for c-, a- and m-plane SiC SBDs, respectively. The schottky barrier height (SBH) of all SBDs have been calculated from C-V curve. The values of SBH were 1.37 eV, 1.09 eV and 1.02 eV for c-, a- and m-plane SiC SBDs, respectively.

주제어

AI 본문요약
AI-Helper

* AI 자동 식별 결과로 적합하지 않은 문장이 있을 수 있으니, 이용에 유의하시기 바랍니다.

문제 정의

최근에 이르러 다양한 내환경용 실리콘 카바이드 소자 개발의 기반이 마련되고 있으나, 소자 제작에 필요한 금속 접합, 산화 막 형성, 선택적 도핑기술 등 제반 공정기술은 아직까지도 미흡한 수준에 머물러 있는 상황이다. 따라서 실리콘 카바이드 공정기술을 보다 높은 수준으로 이르게 하기 위해 금속화 공정의 중요한 오믹 접합 (ohmic contact)특성을 조사하였다. 오믹 접합은 소자의 동작 주파수, 잡음 특성 및 출력에 큰 영향을 미친다.
본 연구에서는 Ni/SiC의 낮은 접촉 저항을 가지는 오믹 접촉 특성을 연구하였고, Ni/c-SiC, Ni/a-SiC 그리고 Ni/m-SiC 쇼트키 베리어 다이오드를 제작하여 전기적 특성을 연구 비교하였다.

제안 방법

Ni/SiC의 오믹 접합 특성 분석을 위하여 반도체계수 분석기 (Star Technology 社, 4155C)를 사용하여 열처리 전과 후의 I-V 특성을 보았고, TLM(transmission line measurement)패턴 [10]을 형성하여 접촉저항 값을 구하였다.
이상 계수 값은 이상적인 쇼트키 장벽 다이오드의 캐리어 이동 메커니즘인 열이온 방출이 해당소자의 캐리어 이동에 얼마만큼 지배적인가를 나태 내는 것이다 [11]. 그리고 고 정밀 임피던스 측정기 (Agilent Technology 社, E4294A)로부터 얻은 C-V 데이터를 통하여 쇼트키 베리어 다이오드의 diffusion voltage를 한 번 더 확인 할 수 있었고, majority carrier density와 SBH (schottky barrier height)를 구하였다.
오믹 접합 전극은 지름이8 mm인 SUS마스크를 사용하였다. 그림 1과 같이 니켈의 증착률을 높이기 위해 thermal evaoration system을 개조하였다. 소스와 기판 사이의 거리를 60 mm로 하였다.
본 연구에서는 6H 실리콘 카바이드의 극성면 (c-plane)과 무극성면 (a-, m-plane)의 웨이퍼에 니켈을 사용하여 오믹 접합과 쇼트키 접합을 형성하여 쇼트키 베리어 다이오드를 제조하여 특성을 비교하였다. 오믹 접합 형성을 하기 위하여 웨이퍼 표면을 세척 후 자연산화 막을 제거하였고, 개조 된 thermal evaporation을 사용하여 니켈을 증착시켰다.
이고, 두께가 500 ㎛, 10 mm×10 mm rectangular 웨이퍼이다. 쇼트키 다이오드 제조공정 순서는1)세척, 2)산화 막 제거, 3)오믹 접합 형성,4)열처리, 5)산화 막 제거, 6)쇼트키 접합 형성, 7)열처리^{, 8)}전기적 특성 측정 및 비교 분석의 순서로 행하였다. 실험 전에 시편을 아세톤 용액에 담근 후 초음파세척을 10분간 실행하였다.
열처리 시간에 따른 특성 분석을 위하여 800℃에서 1050℃까지 50℃ 간격으로 열처리를 하였다. 열처리 동안 계면에서의 반응 물질 생성을 알아보기 위하여 XRD 분석을 하였다.
열처리 시간에 따른 특성 분석을 위하여 800℃에서 1050℃까지 50℃ 간격으로 열처리를 하였다. 열처리 동안 계면에서의 반응 물질 생성을 알아보기 위하여 XRD 분석을 하였다.
본 연구에서는 6H 실리콘 카바이드의 극성면 (c-plane)과 무극성면 (a-, m-plane)의 웨이퍼에 니켈을 사용하여 오믹 접합과 쇼트키 접합을 형성하여 쇼트키 베리어 다이오드를 제조하여 특성을 비교하였다. 오믹 접합 형성을 하기 위하여 웨이퍼 표면을 세척 후 자연산화 막을 제거하였고, 개조 된 thermal evaporation을 사용하여 니켈을 증착시켰다. 증착 후 열처리를 통하여 니켈 실리사이드가 접촉저항 값을 감소시키는 것을 알 수 있었다.
Su 등은 실리콘 카바이드 상에 증착시킨 니켈 금속은 열처리 전에는 쇼트키 접합의 특성을 보이나 900℃ 이상의 열처리를 하면 오믹 접합의 특성을 보인다고 보고하였다 [9]. 웨이퍼의 상부 면에도 산화막을 제거하기 위해 HF 증기를 사용하여 자연 산화막을 제거하였다. 이 후 thermal evaporation system을 사용하여 니켈을 1400 Å 증착하였다.
증착 후 튜브로 (Myung-Sung Engineering 社)를 사용하여 혼합가스 (H2 10%+N2 balanced) 분위기에서 20분간 950℃에서 열처리를 하여 3×10-4 Ω㎝2의 접촉 저항 값을 가지는 오믹 접합을 만들었다.

대상 데이터

이 후 thermal evaporation system을 사용하여 니켈을 1400 Å 증착하였다. 쇼트키 접합 전극은 지름이 200 ㎛, 300 ㎛, 400 ㎛, 500 ㎛인 SUS마스크를 사용하였다. 증착 후 튜브로를 사용하여 혼합가스(H₂ 10%+N₂ balanced) 분위기에서 500℃에서 20분간 열처리를 하였다.
실험에 사용된 기판은 (주)크리스밴드에서 제작한 n-type 6H-SiC c-, m-, a-plane으로서 기판의 도핑 농도가 2～5×1017 cm-3이고, 두께가 500 ㎛, 10 mm×10 mm rectangular 웨이퍼이다.
웨이퍼 하부 면에는 오믹 접합을 위해 thermal evaporation system (Cliotek 社)을 사용하여 니켈 (Ni)을 1200 Å 증착하였다. 오믹 접합 전극은 지름이8 mm인 SUS마스크를 사용하였다. 그림 1과 같이 니켈의 증착률을 높이기 위해 thermal evaoration system을 개조하였다.

성능/효과

-V의 관계로부터 majority carrier density와 schottky barrier height 그리고 diffusion voltage를 알 수 있었다. 그리고 hall measurement system (Sanglok korea 社, HEM^-2000)으로 한 번 더 carrier density를 측정하여 1/C²-V에서부터 구한 carrier density값과 비교한 결과 큰 차이가 없음을 알 수 있었다.
열처리 온도 900℃이상에서 오믹 특성이 좋아 짐을 알 수 있다. 이는 XRD 분석을 통하여 알아본 결과 니켈 실리사이드가 형성되어 있음을 확인할 수 있었다. 이는 기존에 보고되고 있는 오믹 전극 중 가장 접촉저항이 낮은 물질로 알려져 있다 [12].
오믹 접합 형성을 하기 위하여 웨이퍼 표면을 세척 후 자연산화 막을 제거하였고, 개조 된 thermal evaporation을 사용하여 니켈을 증착시켰다. 증착 후 열처리를 통하여 니켈 실리사이드가 접촉저항 값을 감소시키는 것을 알 수 있었다. Ni/c-SiC, Ni/a-SiC 그리고 Ni/m-SiC 쇼트키 베리어 다이오드의 이상 계수 값은 1.

후속연구

앞으로 본 연구를 바탕으로 일함수 (work function)가 서로 다른 금속을 사용하여 실험 할 것이다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	에너지소비의 고효율화가 매우 중요한 사회적 이슈로 대두되는 이유는?	0 eV의 넓은 에너지 밴드 갭을 가지는 실리콘카바이드 (SiC)는 최근 아주 각광 받는 반도체 소재이다. 전 세계적인 유가급등, 자원고갈과 지구온난화의 위험 등으로 에너지소비의 고효율화가 매우 중용한 사회적 이슈로 대두되고 있다. 실리콘 카바이드 웨이퍼는 반도체 소자 제작에 일반적으로 사용되고 있는 실리콘 (Si) 웨이퍼와 비교하여 내열성 및 내전압성이 뛰어나 인버터 기기나 가정용 파워 모듈, 자동차용 파워 반도체 소자 등의 고성능화 및 저 소비 전력화의 실현이 가능하다.
	실리콘카바이드의 에너지 밴드갭은?	약 3.0 eV의 넓은 에너지 밴드 갭을 가지는 실리콘카바이드 (SiC)는 최근 아주 각광 받는 반도체 소재이다. 전 세계적인 유가급등, 자원고갈과 지구온난화의 위험 등으로 에너지소비의 고효율화가 매우 중용한 사회적 이슈로 대두되고 있다.
	실리콘카바이드 웨이퍼의 장점은?	전 세계적인 유가급등, 자원고갈과 지구온난화의 위험 등으로 에너지소비의 고효율화가 매우 중용한 사회적 이슈로 대두되고 있다. 실리콘 카바이드 웨이퍼는 반도체 소자 제작에 일반적으로 사용되고 있는 실리콘 (Si) 웨이퍼와 비교하여 내열성 및 내전압성이 뛰어나 인버터 기기나 가정용 파워 모듈, 자동차용 파워 반도체 소자 등의 고성능화 및 저 소비 전력화의 실현이 가능하다. 현재의 전력용 반도체 소자는 실리콘을 기반으로 하고 있다.

참고문헌 (13)

S. C. Kim, J. Kor. Inst. Power Electron. 14, 21
H. S. Lee, S. W. Lee, M. Y. Kwak, Y. S. Choi, D.
H. J. Jung, D. H. Han, and Y. J. Lee, J. Kor. Inst.
T. Teraji, S. Hara, H. Okushi, and K. Kajimura,

상세보기
A. V. Kuchuk, V. P. Kladko, A. Piotrowska, R.

상세보기
P. G. Neudeck and J. Anthony Powell, IEEE Electron.

상세보기
N. F. Gradner, J. C. kim, J. J. Wierer, Y. C. Shen,

상세보기
S. M. Bishop, J. S. Park, J. Gu, B. P. Wagner, Z. J.

상세보기
J. N. Su and A. J. Steckl, Inst. Phys Conf. Ser. 142,
C. K. Kim, S. J. Yang, N. I. Cho, and H. J. Yoo,
T. H. Gil and Y. S. Kim, 1999 Fall Conf. KIEE
T. Nakamura and M. Satoh, Solid-State Electron.

상세보기
J. Crofton, L. Beyer, J. R. Williams, E. D. Luckowski,

상세보기

내보내기 구분	파일저장 인쇄 메일전송
구성항목	기본정보 상세정보 관리번호, 논문명, 저널/프로시딩명, 저자 , 발행년, 권, 호, 시작페이지, 끝페이지, 발행기관 관리번호, 논문명, 대등논문명, 저자 , 저널/프로시딩명, 발행기관, 발행년, 발행언어, 권, 호, 시작페이지, 끝페이지, ISBN, ISSN, 주제분야, 키워드, 초록(한글), 초록(영문), 저자(소속기관)
저장형식	Text(ASCII format) Excel format RefWorks Direct Export RIS format (for Reference Manager, ProCite, EndNote), Scholar's Aids, Mendeley
메일정보	받는사람 (필수) @ 보내는사람 (선택) @ 제목 내용 KISTI 검색결과 이메일 서비스
안내	총 건의 자료가 검색되었습니다. 다운받으실 자료의 인덱스를 입력하세요. (1-10,000) 검색결과의 순서대로 최대 10,000건 까지 다운로드가 가능합니다. 데이타가 많을 경우 속도가 느려질 수 있습니다.(최대 2~3분 소요) 다운로드 파일은 UTF-8 형태로 저장됩니다. 파일의 내용이 제대로 보이지 않을실 때는 웹브라우저 상단의 보기 -> 인코딩 -> 자동선택 여부를 확인하십시오. ~ Text(ASCII format) Excel format

연합인증

극성/무극성 6H-SiC 쇼트키 베리어 다이오드 제조 및 전기적 특성 연구
A Study About Electrical Properties and Fabrication Schottky Barrirer Diode Prepared on Polar/Non-Polar of 6H-SiC 원문보기

Abstract ▼ AI-Helper

주제어

AI 본문요약
AI-Helper

문제 정의

제안 방법

대상 데이터

성능/효과

후속연구

질의응답

참고문헌 (13)

이 논문을 인용한 문헌

저자의 다른 논문 :

관련 콘텐츠

원문 보기

원문 URL 링크

오픈액세스(OA) 유형

이 논문과 함께 이용한 콘텐츠

AI-Helper ※ AI-Helper는 오픈소스 모델을 사용합니다.

선택된 텍스트

연합인증

극성/무극성 6H-SiC 쇼트키 베리어 다이오드 제조 및 전기적 특성 연구 A Study About Electrical Properties and Fabrication Schottky Barrirer Diode Prepared on Polar/Non-Polar of 6H-SiC 원문보기

Abstract ▼ AI-Helper

주제어

AI 본문요약 엑셀 다운로드 AI-Helper

문제 정의

제안 방법

대상 데이터

성능/효과

후속연구

질의응답

참고문헌 (13)

이 논문을 인용한 문헌

저자의 다른 논문 :

김경민 (1) 박성현 (3) 이원재 (43) 신병철 (24)

관련 콘텐츠

원문 보기

원문 URL 링크

오픈액세스(OA) 유형

이 논문과 함께 이용한 콘텐츠

AI-Helper ※ AI-Helper는 오픈소스 모델을 사용합니다.

선택된 텍스트

극성/무극성 6H-SiC 쇼트키 베리어 다이오드 제조 및 전기적 특성 연구
A Study About Electrical Properties and Fabrication Schottky Barrirer Diode Prepared on Polar/Non-Polar of 6H-SiC 원문보기

AI 본문요약
AI-Helper