CN115602721A - 一种降低接触电阻的方法及组件 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种降低接触电阻的方法及组件，用于降低半导体器件的金属‑半导体界面的接触电阻，所述半导体器件还包括至少一组电极，所述电极分别连接于所述半导体器件的金属端和半导体端，所述方法包括：获取所述半导体器件的工艺参数，其中，所述工艺参数包括材料参数和结构参数；根据所述工艺参数获取电流脉冲控制参数，所述电流脉冲控制参数包括目标电流脉冲的脉冲电流强度、脉冲宽度和脉冲数量；控制脉冲电源按照所述电流脉冲控制参数向所述电极施加所述目标电流脉冲，使电流脉冲穿越所述金属‑半导体界面，实现界面微区瞬态达到目标温度。本发明通过简单工艺处理的方式，能够有效降低金属‑半导体界面的接触电阻。
Description
技术领域
本发明涉及半导体技术领域，尤其涉及一种降低接触电阻的方法及组件。
背景技术
金属-半导体界面接触电阻的主要来源于金属和半导体材料接触形成的肖特基势垒，受到金属功函数和半导体电子亲和势差异以及金属与半导体界面缺陷态的限制。在半导体器件中，除了器件结构的特征线宽之外，金属-半导体界面的接触电阻已成为限制半导体器件性能、产生发热功耗的一个重要因素。
例如在硅太阳电池中，由于银具有优异的导电能力，被用于作为电极材料。但由于银与硅的电子能级差异，一般需要在硅的接触区域制备重掺杂才能获得较低的接触电阻。如果银-硅界面的接触电阻过大，将导致太阳电池转化效率的显著下降。又例如以氮化镓（GaN）为代表的第三代半导体器件已在诸多领域有大量的应用，包括固体激光器、雷达、功率器件等。在器件制作过程中，需要调整电极的制备工艺来实现优良的欧姆接触以降低接触电阻，使半导体器件在大电流工作状态下减少热量累积，避免器件性能恶化甚至损毁。
可见，现有半导体器件在某些情况下存在接触电阻较大，从而影响性能和功耗的技术问题。
发明内容
为了解决上述技术问题，本申请实施例提供了一种降低接触电阻的方法及组件，具体方案如下：
第一方面，本申请实施例提供了一种降低接触电阻的方法，用于降低半导体器件的金属-半导体界面的接触电阻，所述半导体器件还包括至少一组电极，所述电极分别连接于所述半导体器件的金属端和半导体端，所述方法包括：
获取所述半导体器件的工艺参数，所述工艺参数包括材料参数和结构参数；
根据所述工艺参数获取电流脉冲控制参数，所述电流脉冲控制参数包括目标电流脉冲的脉冲电流强度、脉冲宽度和脉冲数量；
控制脉冲电源按照所述电流脉冲控制参数向所述电极施加所述目标电流脉冲，使电流脉冲穿越所述金属-半导体界面，实现界面微区瞬态达到目标温度。
根据本申请实施例的一种具体实施方式，所述半导体器件的电极与所述脉冲电源的电极的连接方式为单触点连接、多触点连接或面式连接中的至少一种。
根据本申请实施例的一种具体实施方式，所述半导体器件的电极与所述脉冲电源的电极连接后形成电学回路，所述电学回路的电阻小于所述金属-半导体界面的接触电阻。
根据本申请实施例的一种具体实施方式，所述工艺参数包括所述半导体器件的尺寸、金属和半导体的材料种类、金属-半导体界面的接触面积，所述“根据所述工艺参数获取电流脉冲控制参数”，包括：
根据所述工艺参数，获取金属-半导体界面在施加电流脉冲时需要达到的目标温度、电流脉冲持续时间以及热扩散区范围；
根据所述目标温度、所述电流脉冲持续时间以及所述热扩散区范围获取所述目标电流脉冲的电流脉冲控制参数。
根据本申请实施例的一种具体实施方式，所述“根据所述目标温度、所述电流脉冲持续时间以及所述热扩散区范围获取所述目标电流脉冲的电流脉冲控制参数”，包括：
根据所述热扩散区范围确定所述目标电流脉冲的脉冲宽度；
根据所述目标温度确定所述目标电流脉冲的电流密度，根据所述电流密度确定所述脉冲电流强度；
根据所述目标温度、所述电流脉冲持续时间以及所述热扩散区范围，确定所述目标电流脉冲的脉冲数量。
根据本申请实施例的一种具体实施方式，所述目标电流脉冲的脉冲宽度范围为1×10-6s至1×10-3s，所述目标电流脉冲的电流密度范围为5A/cm2至2500A/cm2，所述电流密度为所述脉冲电流强度除以金属-半导体界面的接触面积，所述目标电流脉冲的脉冲数量为至少1次。
第二方面，本申请实施例提供了一种降低接触电阻的组件，所述降低接触电阻的组件包括计算机控制系统、脉冲电源以及半导体器件，其中，所述半导体器件包括金属-半导体界面和至少一组电极，所述电极分别连接于所述半导体器件的金属端和半导体端，所述半导体器件的电极还连接所述脉冲电源的电极，所述计算机控制系统连接所述脉冲电源，所述计算机控制系统用于执行第一方面及第一方面任一实施方式所述的降低接触电阻的方法。
本申请实施例提供了一种降低接触电阻的方法、组件及设备，用于降低半导体器件的金属-半导体界面的接触电阻，所述半导体器件还包括至少一组电极，所述电极分别连接于所述半导体器件的金属端和半导体端，所述方法包括：获取所述半导体器件的工艺参数，其中，所述工艺参数包括材料参数和结构参数；根据所述工艺参数获取电流脉冲控制参数，所述电流脉冲控制参数包括目标电流脉冲的脉冲电流强度、脉冲宽度、脉冲数量及脉冲间隔时间；控制脉冲电源按照所述电流脉冲控制参数向所述电极施加所述目标电流脉冲，使电流脉冲穿越所述金属-半导体界面，实现界面微区瞬态达到目标温度。本发明通过简单工艺处理的方式，能够有效降低金属-半导体界面的接触电阻。
附图说明
为了更清楚地说明本发明的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对本发明保护范围的限定。在各个附图中，类似的构成部分采用类似的编号。
图1示出了本申请实施例提供的一种降低接触电阻的方法的方法流程示意图；
图2示出了本申请实施例提供的一种降低接触电阻的结构示意图；
图3示出了本申请实施例提供的一种半导体器件的电极与脉冲电源的电极的连接方式示意图之一；
图4示出了本申请实施例提供的一种半导体器件的电极与脉冲电源的电极的连接方式示意图之二；
图5示出了本申请实施例提供的一种降低接触电阻的方法中施加单个电流脉冲的示意图；
图6示出了本申请实施例提供的一种降低接触电阻的方法中施加多个电流脉冲的示意图；
图7示出了本申请实施例3中提供的一种半导体器件的实施效果示意图；
图8示出了本申请实施例3中提供的一种半导体器件的微区扫描电镜图；
图9示出了本申请对比例1中提供的一种半导体器件受电流脉冲的脉冲宽度影响的示意图；
图10示出了本申请对比例2中提供的一种半导体器件受电流脉冲的电流密度影响的示意图；
图11示出了本申请实施例4提供的一种半导体器件的实施效果示意图；
图12示出了本申请实施例5提供的一种半导体器件的实施效果示意图；
图13示出了本申请实施例6提供的一种半导体器件的实施效果示意图。
附图标记汇总：
金属材料-1；半导体材料-2；金属-半导体界面-3；第一连接线-4；第一电极触点-41；第二连接线-5；第二电极触点-51；脉冲电源-6。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。
通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
在下文中，可在本发明的各种实施例中使用的术语“包括”、“具有”及其同源词仅意在表示特定特征、数字、步骤、操作、元件、组件或前述项的组合，并且不应被理解为首先排除一个或更多个其它特征、数字、步骤、操作、元件、组件或前述项的组合的存在或增加一个或更多个特征、数字、步骤、操作、元件、组件或前述项的组合的可能性。
此外，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
除非另有限定，否则在这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)具有与本发明的各种实施例所属领域普通技术人员通常理解的含义相同的含义。所述术语(诸如在一般使用的词典中限定的术语)将被解释为具有与在相关技术领域中的语境含义相同的含义并且将不被解释为具有理想化的含义或过于正式的含义，除非在本发明的各种实施例中被清楚地限定。
目前，广泛采用的降低金属-半导体界面接触电阻的方法包括以下几种：
（1）重掺杂法。由于金属与半导体之间的电子能级差异，造成能带弯曲，耗尽区的形成会大大提高接触电阻。为了减少半导体能带弯曲对接触电阻的影响，可以对半导体表面层进行高浓度掺杂。由于半导体掺杂浓度高，耗尽层宽度降低到纳米量级，载流子可以通过隧穿的方式穿越，实现较低的接触电阻。
例如在申请号为202110256766.6的专利中，通过实现p型III/V族氮化物半导体材料中Mg的高掺杂接触层，提高接触界面的空穴浓度，使得导电电极与半导体界面的势垒变薄，形成了良好的界面接触，进而降低发热、提高器件寿命。但是在某些半导体器件中，重掺杂会引起显著的俄歇复合，造成重掺杂区载流子寿命降低，从而恶化器件性能。
（2）界面钝化法。由于半导体表面态的存在，大多数金属与半导体接触时都会存在着强烈的费米能级钉扎效应，将金属的费米能级钳制在半导体的电中性能级上，造成很大的势垒高度以及接触电阻。在金属与半导体之间插入一层超薄电介质，形成金属-介质层-半导体结构，可以改变金属-半导体界面钉扎能级的位置，降低界面势垒高度，从而达到降低接触电阻的目的。
申请号为202110692063.8的发明专利提出了一种低接触电阻的氧化镓基场效应晶体管及其制作方法，其方法的关键点在于引入界面钝化层，以降低金属和氧化镓直接接触产生的界面态。该方法对介质层的厚度控制和界面钝化质量提出了很高的要求，因此镀膜设备通常比较昂贵、镀膜工艺控制较为复杂。
（3）合金法。在一些半导体器件中，通过蒸镀金属电极并退火形成TiSi2、CoSi2或者Ni2Si等合金；在硅太阳电池中，通常通过印刷金属浆料，例如金属Ag，退火形成AgSi合金实现接触。
半导体器件在电极蒸镀或者印刷金属浆料后，再通过高温退火或烧结，在接触界面实现合金化，从而显著降低半导体器件的电极-半导体界面的接触电阻。该方法要求退火工艺满足控制精确的条件，否则退火温度、退火时间以及保护气氛等的偏差将无法实现最优的接触电阻。在异质结太阳电池中，透明导电层只能容忍低于200摄氏度的退火温度，因此，通过退火工艺降低接触电阻的方式也需要较复杂的工艺控制方法和实施条件。
综上，现有降低金属-半导体界面接触电阻的方法，均需要复杂的工艺控制条件，在实施过程中，对接触电阻的影响因子较多，容易导致半导体器件的性能降低。
本实施例提出一种降低接触电阻的方案，能够以相对简单的工艺方法调整半导体器件中金属-半导体界面的接触电阻，并保持半导体器件的工作性能。本实施例提出的接触电阻调整方法可以应用于制作半导体器件的工艺过程中，也可以应用于已经通过任意工艺方法制成的半导体器件，可以根据实际应用场景的需要，自适应的使用本实施例提出的降低接触电阻的方法来调节包括金属-半导体界面的半导体器件。
附图1为本申请实施例提供的一种降低接触电阻的方法的方法流程示意图，本申请实施例提供的降低接触电阻的方法，用于降低半导体器件的金属-半导体界面的接触电阻，所述半导体器件还包括至少一组电极，所述电极分别连接于所述半导体器件的金属端和半导体端，所述方法包括：
步骤S101，获取所述半导体器件的工艺参数，其中，所述工艺参数包括材料参数和结构参数；
本实施例中的半导体器件包括金属-半导体界面和设置在半导体器件的金属端和半导体端上能够导通电流脉冲的电极，如图2所述，金属材料1和半导体材料2中间包括金属-半导体界面3，所述半导体器件的电极包括第一电极和第二电极，所述第一电极连接所述金属材料1，所述第二电极连接所述半导体材料2，连接第一电极的第一连接线4和连接第二电极的第二连接线5用于将脉冲电源6发送的电流脉冲传输至所述半导体器件。
具体地，所述工艺参数包括金属材料1的材料类型、半导体材料2的材料类型、半导体器件电极的材料类型以及与半导体器件相关的材料参数。
所述工艺参数还包括制作金属-半导体所采用的工艺方法、半导体器件电极在所述半导体材料上的设置方式、金属-半导体界面的接触面积等与所述半导体器件结构相关的结构参数。
在具体实施方式中，半导体器件的工艺参数的获取方式，可以为用户输入、机器扫描或从预设数据库中调用半导体器件相关的工艺数据，本实施例对此不作具体限定。
在本实施例的一种具体实施方式中，所述半导体器件的电极与所述脉冲电源的电极的连接方式为单触点连接、多触点连接或面式连接中的至少一种。
具体地，所述半导体器件电极包括第一电极和第二电极，分别连接于金属端和半导体端。所述预设脉冲电源的正负极通过第一连接线4和第二连接线5与半导体器件电极连接。半导体器件电极与脉冲电源电极之间通过合理的连接方式，可使脉冲电源产生的电流脉冲，均匀地传输到所述半导体器件的电极中，并通过半导体器件的电极穿越金属-半导体界面传输到半导体材料中。脉冲电源的正负极依照电流可导通的方向设置。合理的接触方式可使电流脉冲产生的热效应发生在金属-半导体界面，而非半导体器件的电极内部。在实现界面微区退火的同时，防止电流脉冲影响到半导体器件其它区域的性能。
如附图3所示，脉冲电源电极第一连接线4与半导体器件的第一电极1之间的接触方式为多触点式连接，脉冲电流通过多个第一电极触点41传输到金属-半导体界面。在一些实施例中，所述第一电极触点41的数量可以为一个或多个，本实施例不对第一电极触点41的数量进行限定。
如附图4所示，脉冲电源第一连接线4与半导体器件的第一电极1的接触方式为面式连接。所述面式连接为脉冲电源的连接线4通过一个平面电极与半导体器件电极的第一电极相连接。
需知的，在一些实施例中，所述半导体器件的上表面和下表面可以采用相同的电极连接方式，也可以采用不同的电极连接方式。例如，半导体器件的上表面和下表面可以均采用面式连接，也可以半导体器件的上表面采用多触点式连接，下表面采用面式连接。本实施例对此不作限定。
在本实施例的一种具体实施方式中，使脉冲电源电极与半导体器件的电极的接触电阻，不高于半导体器件中金属-半导体界面的接触电阻，使得脉冲电源输出电压，更多加载在半导体器件的金属-半导体界面上，而非加载在传输回路上，从而有效降低脉冲电源的工作负荷。这是因为在超高电流的工作条件下，微小电阻就能造成显著功率损耗。
步骤S102，根据所述工艺参数获取电流脉冲控制参数，所述电流脉冲控制参数包括目标电流脉冲的脉冲电流强度、脉冲宽度、脉冲数量。
在获取半导体器件的尺寸大小、半导体材料的材料类型、金属材料的材料类型以及金属-半导体界面的界面面积等工艺参数后，可以从预设设计数据库中获取为金属-半导体界面施加电流脉冲的设计方案。所述设计方案包括在金属-半导体界面上的界面微区范围、在所述界面微区范围的目标温度、施加所述电流脉冲的持续时间以及施加电流脉冲后与界面微区范围关联的热扩散区范围。
所述设计方案为用户根据实验参数获取的最佳升温控制方案，用户可以提前获取多种半导体器件的设计方案，以构建所述预设设计数据库。若所述设计数据库中不包括当前半导体器件的设计方案，可以由用户手动输入为金属-半导体界面施加电流脉冲的设计方案，并在所述设计数据库中进行存储更新处理。
在本实施例的一种具体实施方式中，根据半导体器件工艺参数（特别是其特征尺寸），施加在金属-半导体界面的电流脉冲的脉冲宽度t在1us-1ms区间，可以使电流脉冲产生的热影响区域被控制在较小区域范围，对半导体器件的工作性能的不利影响可控制在极低的程度。
以银-硅金属-半导体接触界面为例，当银-硅接触界面处的局域烧结温度达到银-硅界面共晶温度附近时，即达到850℃左右时，若电流脉冲的脉冲宽度t=0.01ms时，在银-硅接触界面的烧结区域处的热扩散长度
约为10 um，其中a为热扩散系数；若脉冲宽度t=0.1ms时，在银-硅接触界面的热扩散长度约为30 um；若脉冲宽度t=1ms时，界面处热扩散长度约为90 um；若脉冲宽度t=10 ms时，界面处热扩散长度将达到300 um。因此，选择合适的脉冲宽度，可使扩散长度远小于器件的特征尺寸，从而避免热扩散对半导体器件的其它区域产生恶性影响，造成器件性能下降的问题。
在本实施例的一种具体实施方式中，施加在金属-半导体界面的电流脉冲密度J控制在5-2500 A/cm2区间。
通常在不良接触的金属-半导体界面处的电阻较大。在施加电流脉冲的过程中，界面微区的温度将会瞬间升高。所述界面微区的峰值温度与电流密度相关，而电流脉冲的脉冲电流强度与电流密度相关。通过控制电流脉冲的脉冲电流强度，可以有效控制在金属-半导体界面的界面微区上进行升温处理时所需要达到的目标温度。同时，由于极短的脉冲使得半导体器件其他区域的温度基本保持在室温。
具体地，所述电流密度的计算公式为：
所述脉冲电流强度为所述电流脉冲的电流值。
所述目标温度为使得半导体器件的界面微区的峰值温度达到合金化的退火或烧结标准的温度，通常在500-1000℃的范围。
在本实施例的一种具体实施方式中，对于不同的半导体器件，由于结构参数和材料参数的不同，需要所述脉冲电源输出的目标电流脉冲的数量也不相同，所述目标电流脉冲的脉冲数量为至少1次。可以根据工艺参数与实际应用场景中的工程需要，确定当前半导体器件需要的电流脉冲数量。
如附图5所示，若半导体器件需要的电流脉冲数量为1个时，控制脉冲电源按照第一预设电流脉冲参数输出单个电流脉冲，就可以降低所述半导体器件的接触电阻。
如附图6所示，若半导体器件需要的电流脉冲数量为大于1的整数时，由于多个脉冲的累积作用，可以适当降低电流密度J。控制脉冲电源按照第二预设电流脉冲参数输出多个电流脉冲，可以实现降低接触电阻的最优效果。通过设置合适的脉冲间隔，可以最大程度降低热扩散对半导体器件的影响。
本实施例通过获取目标电流脉冲的脉冲电流强度、脉冲宽度、脉冲次数以及脉冲时间间隔的方式，将升温过程限制在界面微区，并最大程度的减少热扩散对于半导体器件的其它区域的影响，从而在降低半导体器件接触电阻的同时，有效保障了半导体器件的工作效率。
步骤S103，控制脉冲电源按照所述电流脉冲控制参数向所述电极施加所述目标电流脉冲，使电流脉冲穿越所述金属-半导体界面，实现界面微区瞬态达到目标温度，以降低金属-半导体界面的接触电阻。
施加目标电流脉冲除了实现金属-半导体的微区退火的效果之外，在一些实施例中，所述方法还在所述界面微区注入了高浓度的非平衡载流子。高浓度非平衡载流子在某些情形下有助于进一步地促进金属-半导体界面的合金化。举例来说，实验发现金属银浆与掺硼的硅晶体通过常规的高温烧结较难获得低接触电阻。这是因为掺硼硅晶体的平衡电子浓度低，不利于浆料玻璃熔体中银离子的还原。在本实施例中，施加瞬态的超大电流，在进行微区烧结的同时，注入高浓度非平衡电子，显著促进了银在硅表面的沉积，在界面上形成更高密度的AgSi合金，从而能够大幅度降银-硅界面的接触电阻。
综上，本申请实施例提出了一种接触电阻调整方法，通过施加瞬时脉冲电流实现金属-半导体界面的接触电阻下降，又避免了热量传导对半导体器件性能的不利影响。
以下实施例为使用本申请提出的接触电阻调整方法，对多个半导体器件的金属-半导体界面的接触电阻进行调整的具体实施例，通过以下实施例，说明本申请提出的方法可以有效降低金属-半导体的接触电阻。
实施例1
在实施例1中，所述半导体器件选择电阻率为0.5Ωcm的n型单晶硅片，硅片表面通过刻蚀形成金字塔微结构，再通过热扩散工艺在上表面形成硼掺杂的重掺杂层，扩散方阻为90Ω，利用PECVD在重掺杂层上设置生长80nm厚的Al2O3/SiNx钝化层，之后在SiNx层上印刷银浆，形成一组平行的，线宽50um，间距1.2mm的银电极。下表面印刷全覆盖的铝浆。经过830℃高温烧结后得到上表面银-硅接触、下表面全面积的铝-硅接触的金属-半导体结构。
所述半导体器件采用如图3所示的连接方式，第一电极通过第一连接线4和第一电极触点41与金属银接触，其中，所述第一电极触点41为多触点的探针组。第二电极通过第二连接线5和第二电极触点51与下表面的铝接触，其中，所述第二电极触点51可以为镀金的铜平面电极。所述第一电极连接脉冲电源的正极，所述第二电极连接脉冲电源的负极，所述脉冲电源可以为施加一个脉冲宽度为0.5ms，电流密度为500A/cm2的电流脉冲，其中，所述电流密度按照按半导体器件的银-硅接触面积计算得到。
实施例2
参考实施例1，针对相同的半导体器件，仅调整半导体器件的电极与脉冲电源的电极的连接方式。采用如图4所示的连接方式，第一电极通过第一连接线4和第一电极触点42与金属银接触，其中，所述第一电极触点41可以为金属平面电极或柔性导电橡胶和金属的复合平面电极。第二电极通过第二连接线5和第二电极触点51与下表面的铝接触，其中，所述第二电极触点51可以为镀金的铜平面电极。
实施例3
参考实施例1，针对相同的半导体器件，将所得半导体器件沿垂直于银电极方向切割为1cm宽的条状，将半导体器件分为参考组和实施组。
针对实施组，按照实施例1中的连接方式向半导体器件的电极输入电流脉冲，电流密度为1000A/cm2，脉冲宽度为0.1ms。
利用转移长度法（简称TLM）测试参考组和实施组半导体组件的接触电阻，并计算银-硅界面的接触电阻率。
测试结果如附图7所示，半导体器件的接触电阻率在参考组中平均值为7.9mΩ/cm2，实施组平均值为2.0mΩ/cm2，可见实验组半导体器件接触电阻有显著下降。
将半导体器件的银电极用稀酸腐蚀去除后，用扫描电子显微镜观察银-硅接触界面的变化，如附图8所示，参考组半导体器件，硅片表面分布有细小的银颗粒，银与硅并未形成低电阻的合金位点。而实施组在银-硅界面形成高密度狭长的AgSi合金位点，从而降低了接触电阻。
对比例1
参考实施例3，对比不同目标脉冲宽度对接触电阻的影响，除脉冲电流参数的变化之外，其它实验条件均与实施例3相同。本对比例中采用的电流脉冲时间宽度为0.01-2ms，脉冲电流密度均为1000A/cm2，所得结果如附图9所示。在电流脉冲时间过长的情况下，热影响范围过大，有可能破坏半导体中的pn结，造成接触异常。
对比例2
参考实施例3，对比不同目标脉冲密度对接触电阻的影响，除脉冲电流参数的变化之外，其它实验条件均与实施例3相同。本对比例中采用的脉冲电流时间宽度均为0.5ms，脉冲电流密度范围为0-3000A/cm2，所得结果如附图10所示。在脉冲电流密度太低的情况下，无法辅助银-硅界面形成有效接触点，而在电流密度太高的情况下，局域升温过高，反而破坏了银-硅接触电阻。
实施例4
选用n型异质结硅太阳电池，电池结构从上到下依次为正面银电极层、ITO层、n+/i非晶硅层、n型单晶硅层、本征非晶硅层、i/p+非晶硅层、ITO层、背面银电极层。正面银电极栅线宽度为45um，栅线数目为130根，背面银栅线宽度为80um，栅线数目为200根。栅线长度均为164mm。
利用本发明所提供的接触电阻方法，第一电极通过第一连接线4连接脉冲电源的负极，第二电极通过第二连接线5连接脉冲电源的正极，第一电极为异质结太阳电池的正表面银电极，所述第二电极为异质结太阳电池的背表面银电极。
施加电流脉冲的电流值为150A，对应于正表面和背表面电极接触界面的电流密度分别为15.6 A/cm2及5.7 A/cm2，电流脉冲宽度为0.1ms。异质结太阳电池在处理前后的暗态电流-电压曲线如图11所示，可以明显看出，处理后的异质结太阳电池的串联电阻明显降低，同电流值下拟合得到的串联电阻从2.8mΩ下降到0.5mΩ。
实施例5
在隧穿氧化钝化接触太阳电池（TOPCon）中，背面采用了隧穿氧化层/掺杂多晶硅层/银的接触结构；并且为了获得更好的背表面钝化而进行背面抛光的情况下，平整光滑的掺杂多晶硅层与银的接触较难获得较低的接触电阻，成为太阳电池性能限制因素之一。
在本实施例中，使用了不同背表面状态的两组TOPCon太阳电池进行了对比。两组TOPCon太阳电池结构相同，从上到下依次为银电极层（30微米宽，180mm长，160根）、SiNx层（80nm）、硼扩散层（方阻110Ω）、n型硅层（1.1Ω·cm）、隧穿氧化层（1.6nm）、掺杂多晶硅层（100nm）、SiNx层（90nm）、银电极层（30微米宽，180mm长，160根）。两组唯一区别为背表面状态，A组为背面绒面，B组为背面抛光。
首先利用太阳电池电性能测试系统测试两组样品的原始电性能参数，之后利用本发明提出的接触电阻调整方法对两组太阳电池进行处理。实施参数为：施加2个脉冲电流密度为2000A/cm2，脉冲宽度0.2ms，脉冲间隔20ms。
银-硅界面的接触电阻是影响太阳电池的填充因子的重要因素。通过测试A、B两组电池在实施前后的填充因子如附图12所示。实施前，A组太阳电池的填充因子明显高于B组。可见B组太阳电池由于背面为抛光状态，银-掺杂多晶硅的接触电阻较高。实施上述实施例中的接触电阻调整方法后，A、B两组太阳电池填充因子均有提高，其中B组实现了显著的提高。表明经过处理后，B组背面的银-掺杂多晶硅的接触电阻有显著降低。
实施例6
采用n型的碳化硅单晶衬底（4H-SiC，电阻率约0.01Ω㎝），经过表面清洁程序后，按照TLM测试接触电阻的方法设计图形电极，然后通过磁控溅射在SiC的（0001）硅面沉积厚度约80nm的硅（Si）薄膜和100nm的金属镍（Ni）薄膜。在高纯氮气氛保护下将样品在600℃退火30分钟形成Ni2Si层。继续在高纯氮气氛保护下使样品经历1000℃，3分钟的快速退火处理以形成欧姆接触。将完成退火的样品分成参考组和实施组。
针对实施组，利用本发明所提供的方法，使第一电极的第一连接线4和第二电极的第二连接线5分别与样品的半导体器件的电极接触。由于TLM两个Ni电极均与SiC形成欧姆接触，所以施加的脉冲电流将两次穿越Ni-SiC界面。对半导体器件施加1个电流脉冲，脉冲宽度1ms。按照电极面积计算电流强度，使通过界面的电流密度为1000 A/cm2。，从而在界面微区实现瞬时的烧结。使用IV测试仪分别测试参考组和实施组的电压-电流曲线。
测试结果如附图13所示，参考组表现为准线性的IV关系，表现出一定的欧姆接触，但仍保留少许的肖特基接触特性。实施组在施加电流脉冲后表现为线性IV关系，呈现典型的欧姆接触特性，并且电阻值降低。说明应用本实施例提出的接触电阻调整方法有效改善了Ni-SiC界面的接触性能，降低了接触电阻。
除了以上实施例，本申请实施例还提供了一种降低接触电阻的组件，所述降低接触电阻的组件包括计算机控制系统、脉冲电源以及半导体器件，其中，所述半导体器件包括金属-半导体界面和至少一组电极，所述电极分别连接于所述半导体器件的金属端和半导体端，所述半导体器件的电极还连接所述脉冲电源的电极，所述计算机控制系统连接所述脉冲电源，所述计算机控制系统用于执行上述实施例中的降低接触电阻的方法。
具体地，所述计算机控制系统包括处理器和存储器，所述存储器用于存储计算机程序，所述计算机程序在所述处理器上运行时执行前述方法实施例中的降低接触电阻的方法。上述实施例中提到的降低接触电阻的组件的具体实施过程，可以参见上述方法实施例的具体实施过程，在此不再一一赘述。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种降低接触电阻的方法，其特征在于，用于降低半导体器件的金属-半导体界面的接触电阻，所述半导体器件还包括至少一组电极，所述电极分别连接于所述半导体器件的金属端和半导体端，所述方法包括：
获取所述半导体器件的工艺参数，所述工艺参数包括材料参数和结构参数；
根据所述工艺参数获取电流脉冲控制参数，所述电流脉冲控制参数包括目标电流脉冲的脉冲电流强度、脉冲宽度和脉冲数量；
控制脉冲电源按照所述电流脉冲控制参数向所述电极施加所述目标电流脉冲，使电流脉冲穿越所述金属-半导体界面，实现界面微区瞬态达到目标温度。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述半导体器件的电极与所述脉冲电源的电极的连接方式为单触点连接、多触点连接或面式连接中的至少一种。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述半导体器件的电极与所述脉冲电源的电极连接后形成电学回路，所述电学回路的电阻小于所述金属-半导体界面的接触电阻。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述工艺参数包括所述半导体器件的尺寸、金属和半导体的材料种类、金属-半导体界面的接触面积，所述“根据所述工艺参数获取电流脉冲控制参数”，包括：
根据所述工艺参数，获取金属-半导体界面在施加电流脉冲时需要达到的目标温度、电流脉冲持续时间以及热扩散区范围；
根据所述目标温度、所述电流脉冲持续时间以及所述热扩散区范围获取所述目标电流脉冲的电流脉冲控制参数。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述“根据所述目标温度、所述电流脉冲持续时间以及所述热扩散区范围获取所述目标电流脉冲的电流脉冲控制参数”，包括：
根据所述热扩散区范围确定所述目标电流脉冲的脉冲宽度；
根据所述目标温度确定所述目标电流脉冲的电流密度，根据所述电流密度确定所述脉冲电流强度；
根据所述目标温度、所述电流脉冲持续时间以及所述热扩散区范围，确定所述目标电流脉冲的脉冲数量。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述目标电流脉冲的脉冲宽度范围为1×10-6s至1×10-3s，所述目标电流脉冲的电流密度范围为5A/cm2至2500A/cm2，所述电流密度为所述脉冲电流强度除以金属-半导体界面的接触面积，所述目标电流脉冲的脉冲数量为至少1次。
7.一种降低接触电阻的组件，其特征在于，所述降低接触电阻的组件包括计算机控制系统、脉冲电源以及半导体器件，其中，所述半导体器件包括金属-半导体界面和至少一组电极，所述电极分别连接于所述半导体器件的金属端和半导体端，所述半导体器件的电极还连接所述脉冲电源的电极，所述计算机控制系统连接所述脉冲电源，所述计算机控制系统用于执行权利要求1至6中任一项所述的降低接触电阻的方法。
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Legal Events
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| PB01 | Publication | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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