金刚石半导体新突破：FIB技术实现高效欧姆接触

金刚石作为一种具有超宽带隙的半导体材料，凭借其卓越的热导率和低介电常数，成为高功率电子器件的理想选择。然而，制作高效的电接触，尤其是在n型金刚石上，仍然是一个挑战。

近日，西班牙加迪斯大学研究人员，利用聚焦Ga+离子束（FIB）技术，成功在（111）取向的磷掺杂金刚石表面制备了欧姆接触。该研究为金刚石基电子器件中高效电接触的制备提供了新技术路径，特别是在高功率应用中的潜力巨大。研究成果以“Ohmic contacts on (111)-oriented phosphorus-doped diamond fabricated by FIB transformation and surface Ga+ implantation”为题，发表于《Diamond & Related Materials》期刊。

该研究采用FIB技术对（111）取向的磷掺杂金刚石进行表面改性。研究团队利用FIB对金刚石表面进行Ga+离子注入，成功在金刚石表面形成导电通道，进而制备出了具有欧姆特性的电接触。该技术突破了传统方法中复杂的金属沉积和退火工艺，显著提高了制备效率和成本效益。

研究人员使用了通过化学气相沉积（CVD）法生长的磷掺杂金刚石薄膜，基底为（111）取向的金刚石衬底。通过阴极发光光谱（Cathodoluminescence）估算了磷的掺杂浓度。然后，使用Ga+离子束（FIB）辐照金刚石表面，形成具有欧姆特性的导电通道。研究采用了圆形传输长度法（cTLM）来测量接触电阻，并评估所制备接触的有效性。

FIB技术成功地修改了金刚石表面，形成了导电层。离子注入过程使金刚石的晶格发生了部分非晶化，从而允许电流以欧姆方式通过材料。测得的特定接触电阻为4.3 x 10^4 Ω⋅cm2，属于在类似掺杂水平下报告的最低接触电阻之一。这一结果表明，FIB方法可以有效地在金刚石上制作电接触，且无需金属沉积或额外的退火步骤，从而大大提高了制作过程的效率和成本效益。

研究进一步确认，离子注入通过改变费米能级并增强电子跳跃导电机制，成功地形成了导电路径。制备的接触展现出高度可预测的线性电气行为，这符合欧姆接触的特性。

本研究表明，使用聚焦Ga+离子束（FIB）在磷掺杂金刚石上制备欧姆接触是可行的。这一方法不仅具有较低的接触电阻，而且减少了传统方法所需的技术步骤，制备过程更加简便和高效。由于其低成本、高效率和快速制作的特点，FIB技术为金刚石基高功率电子器件提供了一种具有竞争力的解决方案。

图文导读

图1. 阴极发光光谱。a) 全波段光谱，其中CVD金刚石的主要特征（A带、H3中心、绿带等）清晰可辨。b) 紫外光谱显示BETO和BENP特征清晰可见。BETO峰位向长波端偏移，且FETO峰贡献不可见，表明掺杂浓度高于3.3×101⁸·cm⁻3。

图2. a) 模拟Ga⁺离子穿透金刚石层时不同轨迹的图形表示。b) 离子穿透材料时能量损失（蓝色）与离子注入分布（红色）的图形表示。

图3. a) 由四个同心圆环组成的cTLM图案设计，其四个较小的同心圆形焊盘标记为1、2、3和4，具有不同半径，从而形成四种不同的间隙距离： d1 = 40 μm, d2 = 35 μm, d3 = 30 μm 及 d4 = 25 μm；图案中心设共享焊盘标记为“c”。b) 矩形图案设计示意图，展示不同间距的垂直线用于变压器的电学特性表征。c) 样品表面制备的cTLM光学显微照片。d) 样品表面制备的矩形图案光学显微照片。图像中观察到的黑色对比区域对应基底侧残留的粘合剂，该粘合剂用于将样品固定在聚焦离子束（FIB）夹具上。

来源：DT半导体

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