Preparation and characterization of Ta2O5/Ta/Si Schottky photodiode structures

Low ion energy (200 eV Ar+) rf magnetron sputter etching of the Si substrate and Ta sputter deposition are applied for the preparation of Ta/Si Schottky photodiode structures. An appropriate thermal annealing at 430°C for 30 min in dry air is used for the partial oxidization of the Ta layer. The Ta2O5 layer shows specific passivating and partially antireflection properties. The XPS characterization reveals the sequence, the thickness, and the chemical composition of the structure components. The metal/semiconductor interface is abrupt and does not show any chemical reactions as a result of the thermal treatment. The SB height is 0.7 and 0.73 eV as derived from the I–U and C–U measurements, respectively. The SB ideality factor amounts to 1.08 to 1.11 and the reverse current density is about 10−5 A/cm2. The photodiode structures are sensitive in the (0.5 to 1.05) μm range with a maximum static sensitivity of 0.15 A/W. Niederenergetisches Ionenätzen (200 eV Ar+) von Si‐Substraten mit anschließender Ta‐Metallisierung durch HF‐Magnetron‐Zerstäubung von Ta wird verwendet, um Ta/Si‐Schottky‐Photodioden‐Strukturen herzustellen. Geeignete thermische Behandlung dieser Strukturen bei 430°C für 30 min in trockener Luft führt zur teilweisen Oxidierung der Ta‐Schicht. Die Ta2O5‐Schicht zeigt ausgeprägte passivierende und teilweise antireflektierende Eigenschaften. Röntgenphotoelektronen‐spektroskopische Charakterisierung zeigt die Anordnung, die Dicke der einzelnen Schichten und den chemischen Zustand der Komponenten in den Strukturen auf. Der Metall/Halbleiter‐Übergang ist scharf und zeigt keine chemischen Reaktionen infolge der thermischen Behandlung. Die Schottky‐Barrieren‐Höhe der Strukturen wird aus den I–U‐ und C–U‐Kennlinien zu 0,7 eV beziehungsweise 0,73 eV erhalten. Der Idealitätsfaktor beträgt 1,08 bis 1,11, und die Rückstromdichten sind etwa 10−5 A/cm2. Die Strukturen weisen eine maximale statische Empfindlichkeit von 0,15 A/W im Spektral‐Bereich (0,5 bis 1,05) μm auf.