欧姆接触是指金属与半导体的接触，而其接触面的电阻值远小于半导体本身的电阻，使得组件操作时，大部分的电压降在活动区(Active region)而不在接触面。

欲形成好的欧姆接触，有二个先决条件：（1）金属与半导体间有低的势垒高度(Barrier Height)（2）半导体有高浓度的杂质掺入(N ≧10EXP12 cm-3)前者可使界面电流中热激发部分(Thermionic Emission)增加;后者则使半导体耗尽区变窄，电子有更多的机会直接穿透(Tunneling)，而同时使Rc阻值降低。

若半导体不是硅晶，而是其它能量间隙(Energy Cap)较大的半导体(如GaAs)，则较难形成欧姆接触(无适当的金属可用)，必须于半导体表面掺杂高浓度杂质，形成Metal-n＋-n or Met al-p+-p等结构。

理论任何两种相接触的固体的费米能级（Fermi level）（或者严格意义上，化学势）必须相等。

费米能级和真空能级的差值称作工函。

接触金属和半导体具有不同的工函，分别记为φM和φS。

当两种材料相接触时，电子将会从低工函一边流向另一边直到费米能级相平衡。

从而，低工函的材料将带有少量正电荷而高工函材料则会变得具有少量电负性。

最终得到的静电势称为内建场记为Vbi。

这种接触电势将会在任何两种固体间出现并且是诸如二极管整流现象和温差电效应等的潜在原因。

内建场是导致半导体连接处能带弯曲的原因。

明显的能带弯曲在金属中不会出现因为他们很短的屏蔽长度意味着任何电场只在接触面间无限小距离内存在。

欧姆接触或肖特基势垒形成于金属与n型半导体相接触。

欧姆接触或肖特基势垒形成于金属与p型半导体相接触。

在经典物理图像中，为了克服势垒，半导体载流子必须获得足够的能量才能从费米能级跳到弯曲的导带顶。

穿越势垒所需的能量φB是内建势及费米能级与导带间偏移的总和。

同样对于n型半导体，φB = φM − χS当中χS是半导体的电子亲合能（electron affinity），定义为真空能级和导带（CB）能级的差。

对于p型半导体，φB = Eg − (φM − χS)其中Eg是禁带宽度。

当穿越势垒的激发是热力学的，这一过程称为热发射。

真实的接触中一个同等重要的过程既即为量子力学隧穿。

WKB近似描述了最简单的包括势垒穿透几率与势垒高度和厚度的乘积指数相关的隧穿图像。

对于电接触的情形，耗尽区宽度决定了厚度，其和内建场穿透入半导体内部长度同量级。

耗尽层宽度W可以通过解泊松方程以及考虑半导体内存在的掺杂来计算:在MKS单位制ρ 是净电荷密度而ε是介电常数。

几何结构是一维的因为界面被假设为平面的。

对方程作一次积分，我们得到积分常数根据耗尽层定义为界面完全被屏蔽的长度。

就有其中V(0) = Vbi被用于调整剩下的积分常数。

这一V(x)方程描述了插图右手边蓝色的断点曲线。

耗尽宽度可以通过设置V(W) = 0来决定，结果为对于0 < x < W，ρ = eNdopant是完全耗尽的半导体中离子化的施主和受主净电荷密度Ndopant以及e是电荷。

ρ和Vbi对于n型半导体取正号而对于p型半导体取负号，n型的正曲率V''(x)和p型的负曲率如图所示。

从这个大概的推导中可注意到势垒高度（与电子亲和性和内建场相关）和势垒厚度（和内建场、半导体绝缘常数和掺杂密度相关）只能通过改变金属或者改变掺杂密度来改变。

总之工程师会选择导电、非反应、热力学稳定、电学性质稳定且低张力的接触金属然后提高接触金属下方区域掺杂密度来减小势垒高度差。

高掺杂区依据掺杂种类被称为n + 或者p + 。

因为在隧穿中透射系数与粒子质量指数相关，低有效质量的半导体更容易被解除。

另外，小禁带半导体更容易形成欧姆接触因为它们的电子亲和度（从而势垒高度）更低。

上述简单的理论预言了φB = φM − χS，因此似乎可以天真的认为工函靠近半导体的电子亲和性的金属通常应该容易形成欧姆接触。

事实上，高工函金属可以形成最好的p型半导体接触而低工函金属可以形成最好的n型半导体接触。

不幸的是实验表明理论模型的预测能力并不比上述论断前进更远。

在真实条件下，接触金属会和半导体表面反应形成具有新电学性质的复合物。

界面处一层污染层会非常有效的增加势垒宽度。

半导体表面可能会重构成一个新的电学态。

接触电阻与界面间化学细节的相关性是导致欧姆接触制造工艺可重复性为如此巨大的制造挑战的原因。

肖特基接触是指金属和半导体材料相接触的时候，在界面处半导体的能带弯曲，形成肖特基势垒。

势垒的存在才导致了大的界面电阻。

与之对应的是欧姆接触，界面处势垒非常小或者是没有接触势垒。

AlGaN/GaN HEMT欧姆接触的研究进展裴风丽１，２，冯震２，陈炳若１（１武汉大学物理科学与技术学院，武汉４３００７２；２中国电子科技集团公司第十三研究所，石家庄０５００５１）１引言ＡｌＧａＮ／ＧａＮ是国际上广泛关注的新型宽禁带化合物半导体材料，具有较宽的禁带宽度（ＧａＮ：３４ｅＶ，ＡｌＮ：６２ｅＶ），较高的击穿场强（１～３×１０１０Ｖ·ｃｍ－１），高电子饱和漂移速率（２２×１０１０ｃｍ·ｓ－１）以及良好的热稳定性。

与此同时，ＡｌＧａＮ／ＧａＮ异质结具有较大的导带不连续性，注入效率较高，界面处又有强烈的自发极化与压电极化效应，２ＤＥＧ可达到很高的电子密度（不掺杂可达１０１３ｃｍ－２）。

因此凭借优良的材料特性，ＡｌＧａＮ／ＧａＮＨＥＭＴ在高温、高频、大功率器件方面有很好的应用前景。

２００３年ＪｏｓｈｉｎＫ等人［１］报道了用在ＷＣＤＭＡ通信上１７４Ｗ输出功率的高效功率放大器。

２００４年ＷｕＹＦ等人［２］报道了利用场板技术研制的ＧａＮＨＥＭＴ，在４ＧＨｚ下输出的功率密度为３２.２Ｗ／ｍｍ，ＰＡＥ为５４．８％；在８ＧＨｚ下输出功率密度为３０.６Ｗ／ｍｍ，ＰＡＥ为４９６％。

２００５年ＭｏｏｎＪ等人［３］报道了工作在Ｋａ波段３０ＧＨｚ的ＡｌＧａＮ／ＧａＮＨＥＭＴ输出功率密度达５７Ｗ／ｍｍ，ＰＡＥ为４５％。

尽管目前国际上ＡｌＧａＮ／ＧａＮＨＥＭＴ的研制已经日趋成熟，并正走向应用，但要真正实现实用化的批量生产，还有许多亟待解决的问题。

欧姆接触的好坏直接影响到ＡｌＧａＮ／ＧａＮＨＥＭＴ的两个关键参数---跨导和饱和电流。

如何获得接触电阻小、表面形貌好、轮廓清晰度高和稳定可靠的欧姆接触是ＡｌＧａＮ／ＧａＮＨＥＭＴ研制的重要问题之一。

２欧姆接触的机理欧姆接触形成的机理可用金属与半导体接触的电流传输机制来说明。

以ｎ型半导体与金属的接触为例，电子越过金属半导体结的输运方式有四种［４］，如图１所示：（１）电子越过势垒顶部从半导体发射到金属中的热电子场发射机理；（２）量子力学隧道穿过势垒的场发射机理；（３）在空间电荷区中电子与空穴的复合；（４）在半导体中性区电子与空穴的复合。

在这四种输运方式中，第四种方式在一般情况下可忽略，第三种方式使肖特基势垒偏离理想行为，但也可用来形成欧姆接触。

为了实现ＡｌＧａＮ／ＧａＮＨＥＭＴ源和漏区的欧姆接触，可采用两种机制：一是尽可能地降低肖特基势垒高度；二是尽可能地使肖特基势垒变薄。

常用的方法有表面处理技术、金属化系统和重掺杂技术等。

３表面处理技术ＧａＮ和ＡｌＧａＮ的表面都很活跃，很容易被氧化。

另外，在材料的外延生长时，表面也容易吸附一些有机物，这种表面的氧化物和被吸附的有机物就在导电的外延层上形成一层绝缘层。

ＧａＮ和ＡｌＧａＮ都是极性很强的材料，表面态密度较低，费密能级钉扎效应较弱，经适当的表面处理，其表面态要比ＧａＡｓ低一个数量级左右。

表面清洗和等离子处理就是目前常用的两种表面处理技术。

表面清洗是通过物理作用及化学反应破坏沾污物质与表面的作用力，以达到消除杂质污染清洁表面的作用。

ＳｅｌｖａｎａｔｈａｎＤ等人［５］研究了经ＳｉＣｌ４反应离子刻蚀过的ｎ-ＧａＮ和ｎ-Ａｌ０.２Ｇａ０.８Ｎ表面，在室温下分别用ＢＯＥ，ＨＣｌ溶液和氨水来清洗，用ＸＰＳ和ＡＥＳ分析发现用ＢＯＥ清洗过的样品Ｏ／Ｎ比是最小的，ＢＯＥ能最有效地去除经ＳｉＣｌ４反应离子刻蚀过的ｎ-ＧａＮ和ｎ-Ａｌ０.２Ｇａ０.８Ｎ表面的氧化物。

除了表面清洗之外，离子刻蚀也常用来提高金属与半导体的欧姆接触特性。

ＳｅｌｖａｎａｔｈａｎＤ等人［５］发现用ＳｉＣｌ４离子处理ＧａＮ和ＡｌＧａＮ的表面费密能级向导带发生了偏移，这种偏移是由于Ｎ空位的产生增加了表面ｎ型施主杂质的浓度。

ＢｕｔｔａｒｉＤ等人［６］提出了用Ｃｌ２离子刻蚀表面的氧化物和ＡｌＧａＮ层，用７００ｎｍ的刻蚀深度使接触电阻从０.４５Ω·ｍｍ降到０.２７Ω·ｍｍ。

ＪｅｏｎＣＭ等人［７］用室温欧姆接触制作了ＡｌＧａＮ／ＧａＮＨＦＥＴ，该欧姆接触是用Ｎ２ＩＣＰ进行表面处理的，Ｎ２等离子使非掺杂ＡｌＧａＮ表面产生了大量Ｎ空位。

ＺｈａｎｇＡＰ等人［８］也研究了用Ｎ２流ＩＣＰ来改善ＡｌＧａＮ／ＧａＮＨＥＭＴ的欧姆接触，在适度的离子流量（约为４×１０１６ｃｍ２·ｓ－１）和低离子能（１２５ｅＶ）的条件下没有观察到ＡｌＧａＮ表面粗糙，在最优化的条件下离子处理减小了欧姆接触电阻。

４金属化系统４.１方案的设计欧姆接触的形成是一个复杂的过程，涉及到各种各样的固态反应，利用物理学、冶金学和化学的相关知识，设计包含多层金属的金属化系统，经加热金属化系统可能产生合金化或固相再生长，从而形成“金属重掺杂夹层半导体”的欧姆接触。

据文献［４，９］报道，ＧａＮ或ＡｌＧａＮ上合金欧姆接触的形成需要满足一些基本设计要求，图２为多层金属设计原理示意图。

首先是势垒层，该层选择金属的原则是能形成低阻、低功函数、薄的和热稳定的金属性势垒层化合物，能在ＧａＮ或ＡｌＧａＮ表面下形成高密度的Ｎ空位。

Ｔｉ，Ｔａ，Ｚｒ和Ｃｏ等符合要求，其中Ｔｉ具有难熔性，比其他几种金属具有更高的化学活性，功函数又低，是目前该层最常用的金属。

其次是覆盖层，该层金属起催化的作用，增强了Ｎ原子与势垒层金属原子的固相反应，另外它应和势垒层的金属形成薄的、低功函数和结实的合金相，甚至也和Ｎ原子形成了薄的氮化物。

目前，该层最常用的金属是Ａｌ。

第三是扩散阻挡层，一般帽层金属的功函数较高，当帽层金属的参与或半导体元素的过多外扩不利于欧姆接触的形成时，则在帽层与覆盖层之间沉积阻挡层以阻止各元素间相互扩散。

一般来说，熔点较高的金属特别是难熔金属，原子扩散能力较低，具有较好的扩散阻挡特性，如Ｐｔ，Ｐａ，Ｎｉ，Ｃｒ，Ｍｏ，Ｔａ和Ｗ等。

根据文献［１０］报道，Ｍｏ是很好的扩散阻挡层材料，理由如下：Ｐｔ，Ｐａ和Ｎｉ都是高功函数的金属，当这些金属扩散到ＧａＮ或ＡｌＧａＮ表面时，将导致Ｍ／Ｓ接触的势垒高度增加，不利于欧姆接触的形成；另外根据相图，在８５０℃的温度下，他们在Ａｕ中的溶度都比Ｍｏ要高；Ｔａ和Ｗ很难蒸发，在其蒸发期间，由于温度很高导致光刻胶出现熔化的现象；Ｃｒ比Ｍｏ的熔点要低，电阻也比Ｍｏ大。