電性量測分析

電性量測的部分，首先在具有網格狀結構的試片背面處進行研磨，直 到露出網格狀的結構為止，接著鍍附上一層金屬做為歐姆接觸(Ohmic contact)，本實驗上是使用Cr/Au (2000A/300A) 作為電極，且使用鍍雙面 的方式來量測電性，而用來量測電性的機台為KETHLEY 4200。電性實驗過 程是將真空膠切割成很細小的長條狀，再將網格狀結構的試片表面處有溝 槽的地方黏貼住，接著送鍍Cr/Au (2000A/300A) 作為電極，使用KETHLEY 4200電性量測前再將之前貼的細小長條狀真空膠撕除，如此一來可以有效 (Infrared light optical marcoscope)記錄這顆網格狀結構(Mesa)在研磨 過程中接合面積的變化。

下面三張分別是使用紅外光偵測光學顯微鏡(Infrared light optical

marcoscope)拍攝的圖片，第一張是一開始僅用研磨砂紙號數2400、4000以 及鑽石砂紙(diamond grit)拋光無減薄的界面接合照片，圖中陰暗區是沒 有接合好的部份，由圖中可以看出整個網格狀結構(Mesa)接合好的比例約 為60%；第二張是使用研磨砂紙號數1500、2400、4000以及鑽石砂紙(diamond grit)拋光並減薄但尚未露出網格狀結構(Mesa)的界面接合照片，圖中可以 看出減薄過程中大體上接合比例仍為60%；最後一張是使用研磨砂紙號數 1500、2400、4000以及鑽石砂紙(diamond grit)拋光並減薄且露出網格狀 結構(Mesa)的界面接合照片，圖中可以看出直到網格狀結構(Mesa)露出，

接合比例還是60%左右。

  圖4.8 N-GaAs / N-GaAs 600℃僅拋光未減薄 

  圖4.9 N-GaAs / N-GaAs 600℃僅拋光加減薄 

  圖4.10 N-GaAs / N-GaAs 600℃僅拋光未減薄直到露出網格狀結構(Mesa) 

由以上觀察我們發現，只要在研磨過程中得以留下的網格狀結構 light optical marcoscope)拍攝界面接合的情況，為了避免表面刮痕造成 誤判，一併也同時拍攝各個網格狀結構(Mesa)表面狀態。

下圖是600℃試片各編號界面與表面紅外光偵測光學顯微鏡(Infrared light optical marcoscope)拍攝圖，我們取其中編號A1、A2、A3、A4、A5 去做比較，其中A1、A2、A3號網格狀結構(Mesa)表面接合皆有30~70%未接 合區域，而A4、A5號網格狀結構(Mesa)表面接合區域則是接近100%。

圖4.11 600℃試片各編號界面與表面紅外光偵測光學顯微鏡(Infrared light optical marcoscope)拍攝圖

圖4.12 600℃試片各編號界面電性量測分析

上圖是600℃試片各編號界面電性量測分析圖，由圖中可以看出完美接

合編號A4、A5號與非完美有未接合區域的A1、A2、A3號網格狀結構(Mesa) 相比，可大致看出，隨著接合比例約高，電壓電流圖形趨勢也越加線性，

電性特性也越好，由圖可看出編號A1、A2、A3號偏離編號A4、A5號曲線，

可見其一般。

700℃以上因為隨著溫度的提高，試片接合度也好相當多，觀察界面與 表面紅外光偵測光學顯微鏡(Infrared light optical marcoscope)拍攝圖 可發現其大多都是接近100%完美接合，故無之前考慮擔心接合比例對電性 影響之問題。

圖4.13 700℃試片各編號界面與表面紅外光偵測光學顯微鏡(Infrared light optical marcoscope)拍攝圖

圖4.14 700℃試片各編號界面電性量測分析

上圖中可看出700℃試片接合比例幾乎完美電性量測圖形也幾乎重 位缺陷常被解釋為深位施體能階 (deep-level donor center, EL2)^［40］，以 下式可以表示之^［37］：

下圖4.15為400-850℃劉柏均學長砷化鎵晶片界面電性量測分析結 果，由圖中我們可以看到在400-700℃砷化鎵晶片界面量測電阻隨溫度上升 而下降，而在超過850℃時，砷化鎵晶片界面量測電阻急遽增加，這是因為 在850℃時產生了深位施體能階 (deep-level donor center, EL2)效應，

產生一種讓砷化鎵晶片由ｎ→p型的效應，使電性變差，電阻大幅增加。

圖4.15 400-850℃劉柏均學長砷化鎵晶片界面電性量測分析結果^[38]

下圖為個人500~900℃試片界面電性量測分析圖：

圖4.16 500~900℃砷化鎵試片界面電性量測分析圖

我們針對正偏壓以及負偏壓的界面電性量測取對數分析，分別如圖 4.17 及圖4.18 。

圖4.17 500~900℃砷化鎵試片界面之正偏壓電性量測對數分析圖

圖4.18 500~900℃砷化鎵試片界面之負偏壓電性量測對數分析圖

由上面兩張圖，我們可以發現，在正偏壓時，500-700℃砷化鎵晶片界 面量測電阻隨溫度上升而下降，起始電壓也隨溫度上升而下降;而在超過 800℃時，砷化鎵晶片界面量測電阻急增，起始電壓液大幅提昇，這是因為 在800℃時產生了深位施體能階 (deep-level donor center, EL2)效應，

產生一種讓砷化鎵晶片由ｎ→p型的效應，使電性變差，電阻大幅增加。同 樣的，在負偏壓時，也有類似的現象發生，500-700℃砷化鎵晶片界面量測 電阻隨溫度上升而下降，崩潰電壓也隨溫度上升而下降;而在超過800℃

時，砷化鎵晶片界面量測電阻急增，崩潰電壓液大幅提昇，這是因為在800

℃時產生了深位施體能階 (deep-level donor center, EL2)效應，產生一 種讓砷化鎵晶片由ｎ→p型的效應，使電性變差，電阻大幅增加。

此外，我們注意到使用網格狀結構(Mesa)接合的砷化鎵晶片電性呈現 不對稱的情況，如下圖4.19所示。

圖4.19 500℃砷化鎵試片界面電性量測分析圖

由上圖4.19並配合本次實驗的網格狀結構(Mesa) ，我們可以發現試片 在網格狀結構(Mesa)區域呈現P型趨向，如下圖4.20所示：

圖4.20 砷化鎵試片界面趨勢圖

讓我們放大網格狀結構砷化鎵試片接合情況，如下圖4.21所示：

圖4.21 砷化鎵試片接合情況圖

中間白色區塊表示砷化鎵試片網格狀結構區域，我們將網格狀結構砷 化鎵試片分成A、B兩區，如上圖4.21所示，由圖可以看到A區跟劉柏均學長 所作大面積砷化鎵試片接合的情況相類似，而B區部份正是我們與學長所作 不同之處，由於小尺寸的網格狀結構空孔使砷在高溫中揮發散逸，使深位 施體(deep-level donor center, EL2)降低，網格狀結構部份呈現P型趨向，

使電性量測圖呈現不對稱分佈。