Одноимпульсный лазерно-индуцированный перенос Al на подложку Si для создания омических контактов

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Доступ платный или только для подписчиков

Аннотация

В статье исследованы алюминиевые контакты на кремниевых подложках, созданные методом лазерно-индуцированного переноса. Установлено, что при одноимпульсном режиме экспонирования в точку поверхности и плотности энергии 15 Дж / см2 достигается концентрация алюминия 18,6% и минимальное контактное сопротивление 439 ± 4 Ом. Метод упрощает процесс формирования контакта и исключает необходимость в сложной очистке, что делает его перспективным для будущих электронных приложений на основе кремния.

Полный текст

Доступ закрыт

Об авторах

М. С. Ковалев

Физический институт имени П. Н. Лебедева РАН

Автор, ответственный за переписку.
Email: kovalevms@lebedev.ru
ORCID iD: 0000-0001-5074-0718

к. т. н., с. н. с.

Россия, Москва

Н. Г. Сцепуро

Физический институт имени П. Н. Лебедева РАН; Московский государственный технический университет имени Н. Э. Баумана (национальный исследовательский университет)

Email: kovalevms@lebedev.ru
ORCID iD: 0000-0002-8383-7396

м. н. с. ФИАН им. П. Н. Лебедева, старший преподаватель ФГАОУ ВО Московский государственный технический университет им. Н. Э. Баумана (национальный исследовательский университет (МГТУ им. Н. Э. Баумана)

Россия, Москва; Москва

Е. В. Ултургашева

Физический институт имени П. Н. Лебедева РАН; Московский государственный технический университет имени Н. Э. Баумана (национальный исследовательский университет)

Email: kovalevms@lebedev.ru

м. н. с., ФИАН им. П. Н. Лебедева, м. н. с. МГТУ им. Н. Э. Баумана

Россия, Москва; Москва

С. И. Кудряшов

Физический институт имени П. Н. Лебедева РАН; Московский государственный технический университет имени Н. Э. Баумана (национальный исследовательский университет)

Email: kovalevms@lebedev.ru
ORCID iD: 0000-0001-6657-2739

д. ф.- м. н., в. н. с. ФИАН им. П. Н. Лебедева, в. н. с. МГТУ им. Н. Э. Баумана

Россия, Москва; Москва

Список литературы

  1. Serra P., Piqué, A. Laser-Induced Forward Transfer: Fundamentals and Applications. Advanced Materials Technologies. 2018; 4(1): 1800099. doi: 10.1002/admt.201800099.
  2. Morales M., Munoz-Martin D., Marquez A., Lauzurica S., Molpeceres C. Advances in Laser Materials Processing in Laser-Induced Forward Transfer. Techniques and Applications. 2018; 339–379. doi: 10.1016/B978-0-08-101252-9.00013-3.
  3. Kovalev M. S., Podlesnykh I. M., Pevchikh K. E., Kudryashov S. I. Near-Infrared Planar Photonics Based on Hyperdoped Silicon: Prospect. Photonics Russia. 2024; 2: 136–151. doi: 10.22184/1993-7296.FRos.2024.18.2.136.151. Ковалев М. С., Подлесных И. М., Певчих К. Э., Кудряшов С. И. Планарная фотоника ближнего инфракрасного диапазона на основе сверхлегированного кремния: перспективы. Фотоника. 2024; 2: 136–151. doi: 10.22184/1993-7296.FRos.2024.18.2.136.151.
  4. Manickam S., Wang, J., Huang, C. Laser–material interaction and grooving performance in ultrafast laser ablation of crystalline germanium under ambient conditions. Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, Part B: Journal of Engineering Manufacture. 2013; 227(11): 1714–1723. doi: 10.1177/0954405413492322.
  5. Nastulyavichus A. А., Kudryashov S. I., Smirnov N. А. et al. Selection of regimes for one-step high-throughput laser printing of silver conducting lines on silicon by forward laser transfer. Journal of optical technology. 2024; 91 (2): 99–111. (In Russ.). doi: 10.17586/1023-5086-2024-91-02-99-111. Настулявичус А. А., Кудряшов С. И., Смирнов Н. А. [и др.] Выбор режимов одностадийной высокопроизводительной печати серебряных проводящих дорожек на поверхности кремния методом лазерного переноса. Оптический журнал. 2024; 91 (2): 99–111. doi: 10.17586/1023-5086-2024-91-02-99-111.
  6. Zacharatos F., Karvounis P., Theodorakos I., Hatziapostolou A., Zergioti I. Single Step Laser Transfer and Laser Curing of Ag NanoWires: A Digital Process for the Fabrication of Flexible and Transparent Microelectrodes. Materials (Basel). 2018; 11(6):1036. doi: 10.3390/ma11061036.
  7. Mehrpouya M., Emamian S. Recent advantages in laser fabrication of micro-channel heat exchangers. Materialwissenschaft Und Werkstofftechnik. 2017; 48(3–4): 205–209. doi: 10.1002/mawe.201600759.
  8. Tzou A.-J., Hsieh D.-H., Chen S.-H., Li Z.-Y., Chang C.-Y., Kuo H.-C. Non-thermal alloyed ohmic contact process of GaN-based HEMTs by pulsed laser annealing. Semiconductor Science and Technology. 2016; 31(5): 055003. doi: 10.1088/0268-1242/31/5/055003.
  9. S. Rascunà, P. Badalà, C. Tringali, C. Bongiorno, E. Smecca, A. Alberti, S. Di Franco, F. Giannazzo, G. Greco, F. Roccaforte, M. Saggio. Morphological and electrical properties of Nickel based Ohmic contacts formed by laser annealing process on n-type 4H-SiC. Materials Science in Semiconductor Processing. 2019, 97: 62–66. doi: 10.1016/j.mssp.2019.02.031.
  10. Hou M., Xie G., Sheng K. Mechanism of Ti/Al/Ni/Au ohmic contacts to AlGaN/GaN heterostructures via laser annealing. Chinese Physics B. 2019; 28(3): 037302. doi: 10.1088/1674-1056/28/3/037302.
  11. Wang L., Carlson D., Gupta M. Silicon solar cells based on all-laser-transferred contacts. Progress in Photovoltaics: Research and Applications. 2015; 23: 61–68. doi: 10.1002/pip.2395.
  12. Raghavan A. S., Palmer T. A., Kragh-Buetow K. C., Domask A. C., Reutzel E. W., Mohney S. E., DebRoy T. Employing microsecond pulses to form laser-fired contacts in photovoltaic devices. Progress in photovoltaics. 2015; 23 (8): 1025–1036. DOI:0.1002/pip.2523.
  13. Raghavan A., Palmer T. A., DebRoy T. Evolution of laser-fired aluminum-silicon contact geometry in photovoltaic devices. Journal of Applied Physics. 2012; 111(2): 024903. doi: 10.1063/1.3675442.
  14. Schneider J., Sarikov A., Klein J., Muske M., Sieber I., Quinn T., Reehal H. S., Gall S., Fuhs W. A simple model explaining the preferential (100) orientation of silicon thin films made by aluminum-induced layer exchange. Journal of Crystal Growth. 2006; 287 (2): 423–427. doi: 10.1016/j.jcrysgro.2005.11.057.
  15. Ghorbanzadeh A. M., Barzan M. Improvement of Nd: YAG laser efficiency by long lifetime dye doped ORMOSILs. Laser Physics. 2013; 23(3): 035005. doi: 10.1088/1054-660x/23/3/035005.
  16. Farid N., Brunton A., Rumsby P., Monaghan S., Duffy R., Hurley P., O’Connor G. M. Femtosecond Laser-Induced Crystallization of Amorphous Silicon Thin Films under a Thin Molybdenum Layer. ACS Applied Materials & Interfaces. 2021; 13(31): 37797–37808. doi: 10.1021/acsami.1c07083.
  17. Kudryashov S., Nastulyavichus A., Krasin G. K., Khamidullin K., Boldyrev K. N., Kirilenko D., Yachmenev A., Ponomarev D. S., Komandin G., Lebedev S., Prikhodko D., Kovalev M. CMOS-compatible direct laser writing of sulfur-ultrahyperdoped silicon: Breakthrough pre-requisite for UV-THz optoelectronic nano/microintegration. Optics and Laser Technology. 2023; 158: 108873. doi: 10.1016/j.optlastec.2022.108873.
  18. Danilov P. A., Ionin A. A., Kudryashov S. I., Rudenko A. A. et al. Femtosecond laser ablation of thin silver films in air and water under tight focusing. Optical Materials Express. 2020; 10 (10): 2717–2722. doi: 10.1364/OME.406054.
  19. Podlesnykh I. M. et al. Enhanced broadband IR absorption and electrical characteristics of silicon variably hyperdoped by sulfur (1018–1021 cm-3) by ion implantation/pulsed laser annealing. Materials Science in Semiconductor Processing. 2024; 184: 108830. doi: 10.1016/j.mssp.2024.108830.

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Рис. 1. Схема установки для лазерно-индуцированного формирования омических контактов

Скачать (105KB)
Метаданные
3. Рис. 2. Процесс формирования омических контактов: a) – топология полученного экспериментального образца (красными линиями обозначены пары Al-контактов, полученные в одном режиме); b) – определение режимов получения абляции Al-пленки толщиной 250 нм (линия синего цвета – экспериментальные результаты; пунктирная линия – аппроксимация результатов)

Скачать (166KB)
Метаданные
4. Рис. 3. СЭМ-изображение омического контакта на поверхности акцепторной кремниевой подложке, полученного при плотности энергии 15,3 Дж/см2 при 10 ppd

Скачать (276KB)
Метаданные
5. Рис. 4. 2D-карты спектров ЭДРС омических контактов на поверхности акцепторной кремниевой подложки, полученные при плотности энергии 15,3 Дж/см² и 10 ppd для элементов Si (a), Al (c), O (e) и C (g). Представлены ЭДРС-измерения по глубине, полученные при различных расстояниях z между донорной и акцепторной подложками, для элементов Si (b), Al (d), O (f) и C (h), и варьировании ppd (числа импульсов, экспонировавших одну точку поверхности)

Скачать (1MB)
Метаданные
6. Рис. 5. Изменение концентрации материалов (Si, Al, O, C и др.) при различных плотностях энергии (анализ ЭДРС-спектров кремниевой подложки-акцептора в условиях формирования омических контактов)

Скачать (97KB)
Метаданные
7. Рис. 6. Изменение сопротивления между двумя омическими контактами через акцепторную кремниевую подложку в зависимости: а) – от плотности энергии (расстояние между акцепторной и донорной подложками 20 мкм); b) – от расстояния между донорной и акцепторной подложками при варьировании числа ppd (плотность энергии 15 Дж/см2)

Скачать (142KB)
Метаданные
8. Рис. 7. Вольтамперная характеристика Al контактов на подложке Si

Скачать (74KB)
Метаданные

© Ковалев М.С., Сцепуро Н.Г., Ултургашева Е.В., Кудряшов С.И., 2025