大阪大學、京都工藝纖維大學、義大利都靈理工大學(PoliTo)共同開發了一項可直接比較不同材料間界面接觸電阻之新型界面物性評估方法,並確認此方法能夠提出適用於半導體元件使用條件的最佳界面材料。
半導體/金屬界面的接觸電阻一般是透過傳輸長法(TLM)進行測量。然而,TLM方法未考慮測量樣本(元件)中半導體厚度的影響,因此在在半導體材料、金屬種類或樣本尺寸不同的情況下,較難進行接觸電阻的直接比較、評估。
為解決這一問題,研究團隊開發了一項新型接觸電阻評估方法「Advanced TLM」,此方法不受樣本尺寸設計條件的影響,能夠直接比較不同材料間界面的接觸電阻。這項新技術能夠精確測量半導體與金屬材料界面的接觸電阻,並確認即使是相同的半導體與金屬組合,其接觸電阻值也會隨著溫度或使用環境的變化而產生差異。透過此方法,接觸電阻將可做為物性值(物理量)進行精密比較。
研究團隊製作了189種由不同厚度的代表性化合物半導體(Bi₂Te₃系)與多種擴散障壁金屬(如鈦Ti、鉻Cr、鎳Ni)接合而成的樣本,並將這些不同界面材料的樣本在常溫(25℃)至高溫(105℃)範圍內調節,並評估其接觸電阻的溫度依賴性與熱穩定性。結果顯示,無論擴散障壁金屬的種類為何,隨著溫度上升,半導體/金屬界面的接觸電阻值均會增加,這表明所有半導體/金屬界面在高溫環境下均可能面臨接觸電阻增大的問題。
此外,研究進一步發現,與鈦(Ti)相比,鎳(Ni)的接觸電阻在溫度升高時的增加率較小,顯示鎳做為電子裝置的擴散障壁金屬,可能比鈦更適合於高溫環境下使用。透過此項研究結果,可知藉由對半導體與金屬材料界面特性及其溫度依賴性的精確評估,將可探索並發現適合各種半導體裝置使用環境的最佳界面材料組合,進而提升材料界面的性能與可靠性。