Resistencia de contacto reducida entre el metal y n-Ge mediante la inserción de ZnO con tratamiento con plasma de argón

un J - V características para Al / n ^- -Ge control, Al / ZnO / n ^- -Ge con espesores de ZnO de 1 nm, 2 nm y 3 nm, y ZnO / Ge tratado con plasma de Al / 2 nm Ar, b J -V para tres dispositivos de ZnO / Ge tratados con plasma de Al / 2 nm Ar

Como se predijo, el dispositivo de control de Al / n-Ge sin ZnO muestra las características de rectificación con la alta altura de la barrera para los electrones debido a la fijación del nivel de Fermi en Al / n ^- -Ge [38]. En comparación con la muestra de control de Al / n-Ge sin ZnO, los dispositivos de Al / ZnO / n-Ge exhiben la J inversa mejorada , que se debe a la depinación a nivel de Fermi inducida por la reducción de los estados gap inducidos por metales (MIGS) en la interfaz metal / Ge [18, 19]. Esta mejora se potencia más con ZnO más espeso, lo que se debe al hecho de que se eliminan más MIGS. Pero la densidad de corriente directa para el dispositivo insertado de 3 nm de ZnO es menor que la de 2 nm. Esto puede explicarse de la manera siguiente. La principal densidad de corriente para Al / ZnO / n-Ge es la corriente de túnel. Si el ZnO no es lo suficientemente espeso, MIGS no se eliminará de manera efectiva y aún muestra características rectificadoras. Pero si el ZnO es demasiado grueso, la resistencia en serie de ZnO dominará toda la resistencia y la corriente se reducirá. Por lo tanto, existe una compensación entre la eliminación de MIGS y el aumento de la resistencia en serie de ZnO, y por lo tanto hay un espesor crítico para el IL [19]. En conclusión, se considera que 2 nm es el espesor óptimo para el contacto Al / ZnO / n-Ge.

Con el tratamiento con plasma Ar, el rendimiento de Al / ZnO / n ^- -El dispositivo Ge se ha mejorado aún más. Lo que sea para el barrido hacia atrás o hacia adelante del voltaje aplicado V , Al / 2 nm ZnO / n ^- -El dispositivo Ge con tratamiento con plasma Ar logra la J mejorada en comparación con el dispositivo con 2 nm ZnO o 3 nm ZnO, lo que se debe a que una gran cantidad de V _o se generan en la película de ZnO durante el tratamiento con plasma de Ar. La mayor concentración de dopaje en ZnO puede reducir efectivamente la resistencia en serie de ZnO y reducir la barrera de efecto túnel para los electrones en la interfaz entre ZnO y Al, mejorando la densidad de corriente de efecto túnel.

La figura 6b muestra J - V características para tres Al / 2 nm ZnO / n ^- -Dispositivo Ge con tratamiento con plasma Ar. Está claro que el J para diferentes dispositivos es casi el mismo, lo que indica que tanto el proceso ALD como el tratamiento con plasma Ar tienen un efecto uniforme en la mejora de la densidad de corriente.

Se obtienen contactos óhmicos para Al / 2 nm ZnO / n ^- -Ge sin y con diferente duración del tratamiento con plasma de Ar de 15 s, 30 s, 45 sy 60 s, respectivamente, que se muestran en la Fig. 7.

yo - V curvas en Al / 2 nm ZnO / n ^- -Ge con diferentes d un sin tratamiento con plasma Ar y con tratamiento con plasma Ar duración de b 15 s, c 30 s, d 45 s y e 60 s

La resistencia total bruta R _tot entre dos contactos disminuye con la disminución de d y la R final _tot se modifica mediante un factor de corrección C, que se calcula con la ecuación C =( L / d ) · Ln (1 + d / L ) [39], donde L =25 μm representa el radio de la almohadilla interior, como se muestra en el recuadro de la Fig. 8a. Al trazar la R _tot en función de d en la Fig. 8a, la resistencia de la hoja R _sh de los n ^- -Ge se puede obtener de la pendiente de la línea y luego ρ _c se calcula a partir de la intersección de la línea de ajuste lineal con el eje vertical. Para Al / 2 nm ZnO / n ^- -Dispositivo GE sin tratamiento con plasma Ar, el ρ _c es 6,87 × 10 ⁻² Ω cm ² , pero después del tratamiento con plasma de Ar de 45 s, hay una reducción de 17.2 veces en comparación con el tratamiento sin plasma de Ar y tiene la resistividad de contacto ρ _c de 3,66 × 10 ⁻³ Ω cm ² . Comparamos los valores de ρ _c para el Al / 2 nm ZnO / n ^- -Dispositivos Ge con diferentes duraciones de tratamiento con plasma Ar en la Fig. 8b. Se observa que ρ _c del dispositivo disminuye con el tiempo de tratamiento hasta 30 s. Sin embargo, como el tiempo de tratamiento es superior a 30 s, ρ _c casi permanece igual. La reducción en ρ _c puede atribuirse al dopaje de ZnO, por lo tanto a la reducción de la barrera de túnel y la resistencia en serie, como se ha mencionado anteriormente. Pero no hay ningún cambio observable en la resistencia de la hoja de n ^- -Ge, que indica que no hay efecto sobre la conductividad de n ^- -Ge con tratamiento con plasma Ar.

un R _tot versus d curvas para el CTLM con Al / 2 nm ZnO / n ^- -Contactos de Ge con diferente duración del tratamiento con plasma de Ar, en el recuadro de la Fig. 5a se encuentra la información de la estructura CTLM utilizada en este trabajo. b ρ _c versus diferente duración del tratamiento con plasma de Ar

La estructura CTLM con contactos de Al en Ge muy dopado se utiliza para investigar la característica de resistencia de contacto de Al / 2 nm ZnO / n ⁺ -Ge. La capa de ZnO se sometió al tratamiento con plasma de Ar durante 45 s. La figura 9a muestra el I medido - V curvas entre los contactos de Al con diferentes d , mostrando el excelente rendimiento óhmico. La Figura 9b traza la R _tot en función de d para Al / 2 nm ZnO / n ⁺ -Ge CTLM y R _sh y ρ _c se extraen para ser 64 Ω / □ y 2,86 × 10 ⁻⁵ Ω cm ² , respectivamente.

un yo - V curvas en Al / ZnO (2 nm) / n ⁺ -Ge con diferentes d con ZnO tratado con plasma Ar. b R _tot versus d curvas para el CTLM con Al / ZnO (2 nm) / n ⁺ -Ge contactos

Comparamos el ρ _c de ZnO tratado con Ar plasma Al / ZnO / n ⁺ -Ge dispositivos en este trabajo con los reportados en la literatura, como se muestra en la Fig. 10. Para los n ⁺ fuertemente dopados -Muestra de contacto Ge, Al / ZnO / n ⁺ -Ge se muestran los contactos ρ más pequeños _c en comparación con los de Ni / GeSn [40, 41], Ni / Ge [42], Ti / n ⁺ -Ge en ref. [31] y Ti / TiO ₂ / GeO ₂ / Ge [31], Ni / Ge [42] con carbono implantado y Ti / n ⁺ -SiGe / n-Ge [43]. Los contactos óhmicos metálicos, como Ni / Ge, Ni / GeSn, Ti / Ge y Ni / Ge implantado con carbono, sufren un bloqueo severo a nivel de Fermi, lo que da como resultado la gran ρ _c . Para Ti / TiO ₂ / GeO ₂ / Ge contact, una gran resistencia de tunelización fue introducida por la bicapa de 1 nm TiO ₂ /1.5 nm GeO ₂ IL, degradando las características de resistividad de contacto. Pero el ρ _c en este trabajo es mayor que en la ref. [44]. Suponemos que esto puede deberse a que P ⁺ cuatro veces mayor dosis de implantación que en nuestro trabajo. Una dosis de implantación mayor permitirá el dopaje superficial más pesado de n ⁺ -Ge, lo que resulta en una barrera de Schottky más delgada y una ρ más pequeña _c . Creemos que con un dopaje más pesado de n ⁺ -Ge en Al / ZnO / n ⁺ -Ge dispositivos, más pequeños ρ _c dará como resultado.

Comparación de ρ _c de Al / ZnO / n ⁺ -Ge en este trabajo con los de otros contactos reportados, usando P ⁺ dosis de implantación como x eje