Internati o nal  Journal of Ele c trical   and Computer  Engineering  (IJE CE)  Vol.  5, No. 6, Decem ber  2015, pp. 1347~ 1 353  I S SN : 208 8-8 7 0 8           1 347     Jo urn a l  h o me pa ge : h ttp ://iaesjo u r na l.com/ o n lin e/ind e x.ph p / IJECE  Ohmic Cont act Charact eri zation  Using I m age P r ocessin g       B. N. Shashikala*,  B .  S.  Nagabhushana**  * M.G.R. Univer sity , Ch ennai, In dia  ** BMS Colleg e  of Eng i neering ,   Bengaluru       Article Info    A B STRAC T Article histo r y:  Received Apr 3, 2015  Rev i sed  Ju l 7 ,  2 015  Accepte J u l 28, 2015      The  Ti/Al / Ni/A u film s deposit e d  b y   electron b eam evapor ation  on n  ty pe  GaN was  dem o ns trated  as  a s u ita ble s o lution for  l o w res i s tive and  therm a l l y   stable  contact to  n-ty pe G a N. The  surface morpholog y  of Ti/Al/Ni/Au an d   Ti/Al con t ac ts  were s t udied  as  a func tion of the  annealing process conditions   using image pro cessing techniqu es.  Th e algorith m was implemented usin g   the M A TLAB s o ftware. Us ing t h e algori t hm  m a de, the  area o c c upied b y   the   pores and  porosity  in  the ohmic c ontact structures  were obtained .   Keyword:  GaN   Ohm i c contact   Po ro sity  Surface m o rphology    Copyright ©  201 5 Institut e  o f   Ad vanced  Engin eer ing and S c i e nce.  All rights re se rve d Co rresp ond i ng  Autho r B . N. Sha s hi kal a ,   Depa rt m e nt  of  El ect roni cs  an d C o m m uni cati on  En gi nee r i n g,   Sid d a g a n g a  In stitu te o f   Techno log y B . H. R o a d Tu m a kur u,  I ndi a.   Em a il: sh ash i kala.b n@red i ffmail.co m       1.   INTRODUCTION  Cu rren t pro g ress in  th e GaN  d e v i ces  requ ires h i gh  qu ality o h m ic co n t acts. Oh m i c co n t acts wh ich  have  l o w resi s t ance an d a  g o od  su rface  m o rp h o l o gy  are  r e qui red  f o r t h e  de vel o pm ent  of  hi g h  t e m p erat ure,  h i gh   p o w e r  and   h i gh   f r e q u e ncy electr o n i dev i ces [1 ],  [ 5 ].  A  f e w  attem p ts to  ach i ev good   o h m ic co n t acts on   GaNep ilayers su ch  as Ti, Ti/Al,  Ti/Al / Cu /Au, Ti/Al / Pt/Au ,  Ti/A l/Ti/Au ,  Ti/Al/Pd / Au , Ti/Al/Mo / Au,  Ti/Al/Re/Au, e t c. have  bee n   report e d  [6]-[14]recently. L o w resista n ce oh m i c contacts to Ga N are  of great   im portance ,  be cause it woul d lead to the  im provem ent  of device perform ance.  The  surface of the ohm ic   contact s h ould be rea d y to  make an electrical connec tion  b y   w i r e  i n  th e bon d i ng  pro cess.  Th kno w l ed ge  ab ou t th e ch emical co m p o s itio n  of an  oh mic co n t act will b e  v e ry u s efu l  to  pred ict th metallu rg ical b e h a vi or  ofbond i n terfa ce betwee n t h e  wire  and t h e s u rface  of th ohm i c contact.  Alum inum  (Al) a n d gold (Au) wi res   are com m onl y   use d  i n  t h e bo ndi ng  pr ocess .  In vest i g at i o ns  of o h m i c cont act s on Ga Nepi l a y e rs have i n di cat ed  that the form ation of TiN at the interface may be im por tant for ohm i c contact form ation due to its low work  fun c tion  and  t h e form atio n  o f   n itrog en  v acancies in  th Ga N bel o w the c ontact layer  by a reaction of  Ti with  GaN .  T h use  of  Ti / A l  i n st ea of  Ti  dec r eas es t h e c ont act   resi st i v i t y  fu rt her  by   fo rm i ng Al N  at  t h e i n t e rfac e   in  add itio n to  TiN.  In this work, the surf ace morphol ogy of  Ti/Al and Ti/Al/Ni/Au  ohm ic contacts to n-GaN  were   exam ined with the use  of SEM. SE M im a g es were used to  stu d y  th t h in  film  o f  T i/Al and  Ti/Al/Ni/Au  co n t acts t o   n - GaN layer  u s i n g im ag e p r o c essin g  techn i qu es. In  t h is  p a p e r v a riou s filters  Disk , Gaussian,  Mo tio n,  Av erag e,  un sh arp ,  M e d i an , Max, M i n  and   Ad ap ti ve W i ener filters  were u s ed   to  rem o v e  n o i se fro m   ohm ic contact im ages and a l so com p are results with  est i m a tion of Pea k  Signal Nois e Ratio (PSNR). The   alg o rith m  u s ed  in  th is wo rk   was im p l e m en ted  u s i n g   the MATLAB s o ftware . Usi ng t h e algorithm ,  the area   occupied by t h e pores  and  porosity in th e  ohmic contact structureswe re  obtained.      Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                        I S SN 2 088 -87 08  IJECE   Vol. 5, No. 6, D ecem ber  2015 :   1347 –  1353  1 348 2.   IMA G P R O C ESSI NG   TECH N IQ UES ON OH MI C CO NTA C T   Figure 1 s h ows the bloc diagra m  for  finding  porosity on ohm ic  contact surface Sca n ning Elect ron  Microsc ope  (SEM) im ages.  Im age acquisit i on is  done  usin g SEM. Seco nd   step   is pr epr o cessing w h ich  in vo lv es d e no isin g,  d e bris  rem o v a l, rem o v a l o f  sa lt and pep p e r   no ises.  Sin ce  po ro sity is b a sed on  min u t p o res  of  n a no  sizes on  su rface, on h a s to  carefu lly select filters.          Figure 1.  Bloc k diag ram   for finding porosity  on Oh m i c contact surface SE M im ages      Filter is a technique that disc rim i nates accordi ng to  one or  m o re attribute s  at its input,  what  passes   th ro ugh  it. Fo r ex am p l e, co lo r filters ab so rb lig h t  at  certai n  wav e leng th s. It p a sses signals with  freq u en cy  com pone nt s i n  som e  bands and at t e n u at e si gnal s  i n   ot her  fre que ncy  ba n d s. T h ese t ech ni q u es use  ope rat i o n s   lik e con v o l u tion  an d correlati o n Co rrelatio n  is  an   o p e ratio n wh ich  i n vo lv es filterin g   a m a sk  o v er an  im ag e. Th e Correlatio n   op erat or    o f   filter  w(p , q )  of im ag e o f   size (m x n )   with  an  im ag e I(p , q )  is g i v e n b y   [1 5 ] :       w p, q ◊I p, q ∑∑ w s, t I p s , qt          ( 1 )         Whe r e a is amask  ov er an imag e, w(p , q )  i s  a  filter  o f  size (m ,n ),  I(p , q)-i m a g e .   Co nvo lu tion  is al m o st sa me  as co rrelation   b u t  th e m a sk  reflected  abo u t   b o t h  ax es. Mask  is ro tated   b y18 0 o . Conv olu tio n   op erat o r  *   of filter  w(p , q )  of size m x n   with  im ag e f(p , q )  is g i v e n b y :       w p, q ∗I p, q ∑∑ w s, t I p s , q t           ( 2 )     Co nvo lu tion  is u s ed  in  tim d o m ain  filtering  wh er eas m u ltip licatio n  is used  in frequ e ncy d o m ain   filterin g .  Sp atial filters con s id er im ag e as a g r i d  of  p i x e ls. It d i rectly  man i pu lates p i xels in  an  im ag e. The  val u es  of  nei g h b o r ho o d  pi xel s  are i m port a nt  here . Thi s   uses  con v o l u t i o n.  Thi s  cha n ges  p i xel s  i n  t h e re g i on  o f   in terest  b y   its neig hb or p i x e l valu es.  Th er e are th ree typ e o f  sp atial filters  u s ed 1)  Li nea r     2 )  No n lin ear  3 )  Ad ap tiv e.      2.1. Perform a nce  Me as ures   2. 1. 1. Me an S quare   E rror   ( M SE )   Th e MSE  d e no tes th e co llectiv e s qua re errorbetwee n  t h e com p resse d and the  ori g inal im age,   whe r eas PS NR  den o t e s an a m ount  oft h hi ghe st  err o r. T h e l o wer t h va l u e of M S E , t h e l e sser t h e err o r .  To  com put e t h P S NR , t h bl oc k  fi rst  c o m put es t h e m ean-sq u a r ed  er ro usi n t h e s ubse q uent  eq uat i on:       MSE  ∑∑ I i, j K i , j                      ( 3 )     Whe r e m  and n are t h num ber  of  rows  and c o lu m n s in  t h e i n pu t im ag es, resp ectiv ely.    2. 1. 2. Pea k   Si gn al -t o - N o i s e Ra ti o   (P SN R)    PSNR is th e evalu a tio n  stan d a rd   o f  t h e reconstru c te d  im ag e q u a lity, and  is  an  im p o r tan t  featu r e. Th sm a ll v a lu e of  PSNR m ean s t h at im ag e is p o o r  qu ality. PSNR is  d e fi n e as fo llo w [16 - 18 ]:    Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I J ECE   I S SN 208 8-8 7 0 8       Oh mi c C ont act  ch ar act e ri zat i o n  Usi n g  I m ag e Proce ssi n g  ( B . N .   S h a s hi k a l a )   1 349   PSNR 1 0. log                  ( 4 )     Wh ere 255  is  m a x i m u m  p o ssib l e v a lu e t h at can   b e  attain ed   b y  th e imag e sig n a l.  Id eally it is  in fin ite.  Practically it is  in  th e rang o f  25  to 40   d B     3.   E X PERI MEN T AL WO RK   The e xpe ri m e nt al  proce d ure  o f  t h i s   wo r k  co nsi s t s  o f  t h ree  im port a nt  st e p s:  t h e fa bri cat i o n  o f   ohm i c   co n t act stru ctur es, th e ch ar acter izatio n   o f  th e str u ctur es  u s ing  th e SEM and an alysis o f  th e i m ag es th r ough  the  extraction  of the m o re accurate  m o rphology  of the st ruct ure s   3. 1. Fa bri c ati o n Proce dure   A do pe d n-t y p e   (N D +  a p pr o x i m at ely  3x 10 18  cm -3  by  Hal l  m easurem ent )   G a N l a y e of  5µ m  grow by   M O C V on  c- pl ane  sap p h i r sub s t r at was  use d  f o r t h e e x peri m e nt . Pri o r  t o  m e t a l  dep o s i t i on, a  sam p l e  wa s   cleaned in t r ichloroet h ylene  (TCE) to  de grease and  t h e n  treated usi n g acetone  for  furt her cleaning.  The   sam p le was th en  i m m e rsed  in  isop ro p y l alco ho l (IPA) fo co m p lete re m o v a l o f   o r g a n i c so lv en ts. Th e sa m p le  was t h en  wel l   ri nse d  i n   dei o n i zed w a t e (D I )  a n d  rea d y   fo r  rem oval  o f  i o ni c c ont am i n ant s  a n d  nat i ve  oxi de.  Th e sam p le was th en immersed  in an equ a lly p r op ortio n e d  so lu tion   o f  dilu te HCl in   deio n i zed water. After  t h i s  t r eat m e nt  fo 5 m i nut es,  t h e sam p l e  w a s ri n s ed  agai n i n  D I   wat e r  an bl o w   dri e usi n N gas. Th electron beam (e-beam ) evaporator was e v acu at e d  t o  a base press u r e  of ab out  5 x 1 0 -6  m b ar p r io r to   d e po sition .   Th e co m p osite  m e tal  layers  were Ti/Al(2 0 n m /1 0 0 n m ) and  Ti/ A l/Ni/Au   (2 0 n m / 100nm /20 n m / 100 nm ). Al l  t h m e t a l s  were  dep o si t e d by  el ect ro b e am  evapo r at i on at  5 0 ºC . Th m e t a co n t acts were fab r icated  with  stan d a rd  ph o t olith o g raph ic tech n i q u e   with  a p o s itiv ph o t oresist. Th e m e t a l lift   of f wa s f o l l o w e d by  a  ra pi d t h erm a l  anneal   (R TA ) i n  a  N 2  a m b i en t. Th Ti/Al o h m ic co n t act sam p les wer e   anneale d  at 600ºC, 700ºC,  800ºC and 90 0ºC  in an RTA furnace for 1 m i n in a N 2  a m b i e n t. Th e Ti/Al/Ni/Au  ohm ic  metalliz ation sam p les  were anneale d  at 750ºC,  800ºC, 850ºC, and  900ºC in  an R T A furnace for 1  m i n   in  a N 2  am bient. The influe nc e of the a n nealing  process  on  the surface m o rphology of  Ti /Al and Ti/Al/ Ni/Au  ohm ic contacts  to  GaN we re e x am ined with the  use  of a SE M.    3. 2.  An al ysi s  o f  SE M Im a g es  Usi n g Im a g Processi n g  T e chni ques   SEM  im age i s   save d as JPEG  form at . Lat e r im age i s  i nput  i n t o  M A TL AB   envi ro nm ent  usi ng i m read   fun c tion .  Im ag es are co nv ert e d  in to  grayscale fo r th re shold i n g . Vari o u s filterin g  techn i qu es were used  to   select pre p roce ssing m e thod s u itable for t h es e im ages. PS NR is used to m easure  the  perform ance of di ffere n filterin g  techn i q u e s. Th d i fferen t  filtering   tech n i qu es   were app lied  on   8  i m ag es o f Ti/ A l an d  Ti/Al/ Ni/A u   materials, whe r e four im ages of eac h m a terial were ta ke at  di ffe rent  t e m p erat ure.B a s e d o n  m e t r i c , t h e be st  su itab l e filtering  techn i qu was d eci d e d.      4.   RESULTS  A N D  DI SC US S I ON   Typ i cal I - V  ch ar acter istics sh own  in  Fi gu re 2  co rr espond  to  Ti/A l contacts an n ealed at d i f f e r e n t   t e m p erat ures:  a s -de p osi t e d,  6 0 0 °C ,  7 0 0 °C 8 0 0 °C  a n 90 0°C .           Fi gu re  2.  I - V  c h aract eri s t i c o f  Ti ( 2 nm )/ Al(1 0 0   nm ) cont a c t s  o n   n- GaN  a s  de p o si t e d a n d a f t e r a nne al i n g  at   di ffe re nt  t e m p erat ure s     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                        I S SN 2 088 -87 08  IJECE   Vol. 5, No. 6, D ecem ber  2015 :   1347 –  1353  1 350     Fi gu re  3.   I - V   charact e r i s t i c s of  Ti  ( 2 nm )/Al  ( 1 00  nm )/ Ni  (2 nm )/ Au  ( 1 0 0   nm ) co nt act s o n   n- GaN  a s   deposited and  after a nne aling at differe n t te m p eratures       Typical I-V c h aracteristics  shown  in Figu r e   3  co rr espo nd  t o  T i/Al/Ni/Au contacts annealed a t   di ffe re nt  t e m p erat ure s :  as- d e posi t e d,  75 C ,  8 0 0 ° C ,   85 0°C  a n d  9 0 0 ° C . It  i s  s h o w n t h at  t h e Ti / A l  a n d   Ti/Al/Ni/Au  co n t acts i n   Figure  2  and  Fi g u re 3 ,  resp ectiv ely  exh i b it  o h m ic in   th eir as d e po sited  con d ition .   It is  n o t eworth y th at th e Ti/Al/Ni/ Au  con t acts sho w   b e tter elect rical p r o p e rties th an  th e Ti/Al  co n t acts.  All o f  the  contacts  showed  ohm ic cha r acteristics aft e r a nnealin g. The  dec r eas e in t h e c ont act resistance  with  increasinga nne a ling tem p erature is  believe d to  be from  an  increase  in t h erm a l interd iffusion at the int e rface  b e tween  t h d e p o s ited  m e tals  an d GaN. Th resistiv ity  o f  bo th  t h Ti/Al an d Ti/Al/Ni/Au  con t acts d e creases  after ann ealing. Th e po ssib l cau se fo r decrease in  th e resistiv ity  is d u e  to  th e form at io n  o f  a TiN layer o n  the  GaN surfa ce a n d ass o ciated  with its  growt h , an ex ce ss  of  vacancies  ne ar the  TiN-Ga N inte rface.  The s p ecific c ontact re sistance was  det e rm i n ed  fr om  pl ot s of t h e m easure d  re si st ance  vers us t h e   spacing  betwe e n the CTLM  pads. Meas ure m ents showe d   that the speci fic  contact re sistances  of Ti/Al  after  anneal  ( 6 00 t o   90 0°C )  va ri ed  i n  t h e ra nge  of  2x 1 0 -4  to  8x 10 -4    cm 2 . Ot her resea r ch  gr o up  has al so  o b s erve d   sim ilar specific contact resistances  fo r Ti/Al  contact [19].  The lowest s p e c ific contact re sistance was  obtaine d   at  60 0°C . T h vari at i o n i n  t h e  co nt act  resi st a n ce  wi t h  i n cre a si ng  an neal i n g t e m p erat ure  i s  bel i e ve d t o   b e  fr om   an  in crease i n   th erm a l in terd iffu sion  at  t h e i n t e rface  bet w e e n t h e  de p o si t e d m e t a l s  and  GaN .  M eas ure m ent s   showe d  that the specific cont act resi stance ofTi/Al/Ni/Au  ohm i c contact a f ter  an neal  ( 7 5 0 °C  t o   90 0°C )  vari e d   in  th e r a ng of   2 x10 -5  to 8x1 0 -5    cm 2 . O t her  resea r ch  g r o u p ha ve al s o   observe d  si milar specific  contact   resistan ces for  Ti/Al/Ni/Au  co n t act  [19 ] -[2 1 ] . It  is  no teworth y  th at the Ti/Al/Ni/Au co n t act sh ow b e tter  electrical properties than  th Ti/Al con t acts.  Fi gu re  4 s h ow s t h e t o vi ew  SEM  i m ages of  su rface  m o rph o l o gy   of t h e  Ti / A l  o h m i c cont act  a f t e r   annealing  at va rious tem p eratures   600 ºC, 700 ºC, 800 ºC  and  9 0 0 º C   fo r   60s. Figur 5  sh ow s the top   v i ew  SEM   im ages of surface m o rphology of  the T i/Al/Ni/Au ohmic contact a f te r therm a l a nnealing at various  te m p eratures  for 60s. An i n crease i n  a n nealing tem p erature  res u lted in t h decre a se in t h de nsity of  ag g l o m erates  an d  lead s to   metal  in terd iffu sion  an d  all o yin g Th is wo rk  aim s  to  p r esent the  structural  ch aracterizatio n  of th oh m i co n t act  o n  t h n - GaN b a se d   on  th filterin g  t ech n i q u e s app l ied  to  SEM imag es.  Th e sam p le i m ag es stu d i ed in  th is p a p e r are of the sa me  m a gnification (5000).  Variou s im ag e filterin g   techniques  suc h  as  Dis k Ga ussian ,  Mo tion ,   A v er ag e ,   Un s h a r p,  Me d i an Ma x ,  Min a nd Ad a p tiv W i en e r  in  sp atial filterin g  were  im pl em ent e d usi n M A TLAB   pl at fo rm . PSNR  i s  used t o  m easure t h per f o r m a nce of  d i fferen t  filterin g  techn i q u e s. Th e filtering  tech n i qu es   were app lied  on   8  i m ag es o f  Ti/Alan d  Ti/Al/Ni/Au  materials.Th e p e rform a n ce of all th ese i m ag e filteri ng  tech n i q u e s are an alyzed  fo r a set o f Ti/Al and  Ti/Al/Ni/Au  ohm i c contact images and  res u lts are  present e d in Ta ble 1 a n d 2,  respectively.     4 . 1 .   Metrics Va lues  fo r Spatia l Filters  Tabl e 1  sh o w t h e va ri at i on  o f  PS NR  o f  Ti / A l  o h m i c cont act  vers us a n n eal i ng t e m p erat ure f o r  Dis k ,   Gau s sian , Mo ti o n , Av erag e, Un sharp ,  Med i an , Max ,  Min  an d   Ad ap tiv Wien er in  sp atial filterin g  techniques .   Peak s at 600 ºC  an d   8 0 0 º o f   Ti/Al o h m ic c o n t act rep r esent  m o re n o i se is filtered  in  th i m ag e an d  has  h i gh   PSNR.  Valleys at 700ºC a nd  900ºC re present less noise is  filtered in the im age and  have  low PS NR. T h e size   o f  t h k e rn el  filter an d co effi cien ts are  fix e d  an d ca nno t be ad ap ted  t o  a  g i v e n  im ag e in Gau ssian, Motio n,  Av erag and  Med i an  filters.  An   ad ap tiv e W i en er p r o v i des  a ro bu st so l u tio n th at is ad ap tab l e to  t h e v a rying  n o i se lev e ls  o f  th ese i m ag es. Ad ap tiv W i en er  g i v e b e tter PSNR th an   oth e r filtering  tech n i q u e s fo Ti/Al  ohm ic contact.  The  highest PSNR a n d lowest specifi c c o nta c t resistance  was obtaine d  at  600  ºC.  Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I J ECE   I S SN 208 8-8 7 0 8       Oh mi c C ont act  ch ar act e ri zat i o n  Usi n g  I m ag e Proce ssi n g  ( B . N .   S h a s hi k a l a )   1 351   (a)   T= 60 0ºC     (b T=70 0ºC     (c)  T=800 ºC     (d T=90 0ºC    Fi gu re  4.  SEM  im ages o f   t h e ohm i c  cont act   Ti / A l  af ter t h ermal annealing  at vari ous  temperat ures  for 60s         (a) T=7 5 0 ºC     (b ) T= 8 0 0 º   (c) T=8 5 0 ºC     (d ) T= 9 0 0 º   Fig u re  5 .  SEM  i m ag es of  t h eo h m ic co n t act  Ti/Al/Ni/A u a f ter therm a l annealing at  vari ous tem p erature s  for  60s                                                                          Table 1. PSNR  for Ti/Al  ohm i contact  T e m p er a t ur (°C)     Disk Gaussian  Motion  Av erage  Unsharp  Median    Max     Min   Adaptive  Wiener   600   26. 50  27. 65   27. 04   26. 61   16. 55   27. 15   19. 35   20. 75  27. 25   700  20. 28   21. 30   20. 94   20. 41   15. 20   20. 57   13. 22  14. 96   21. 70   800  24. 44   26. 22   25. 37   24. 85   19. 29   26. 07   17. 64  18. 85   26. 02   900  23. 96   24. 69   24. 33   24. 09   17. 39   24. 03   16. 89  18. 03   24. 97       Tab l e 2 .  PSNR  fo r Ti/Al/Ni/Au o h m ic  co n t act  T e m p er a t ur (°C)   Disk  Gaussian Motion Average  Unsh ar p M e dian  M a M i AdaptiveW iener  750  23. 70   25. 07   24. 56  23. 97   15. 33   24. 33   16. 72  18. 03   24. 87   800   25. 50   26. 94  26. 75   26. 05  18. 11   27. 38   18. 47  19. 89   27. 99   850  25. 27   26. 56   26. 16  25. 54   16. 72   25. 42   18. 39  19. 21   26. 35   900  25. 30   27. 75   26. 19  25. 88   16. 82   25. 86   18. 41  19. 81   26. 84       The  grai ns a g gl om erat i on a ppea r e d  at  7 5 0 ºC   in Ti/Al/Ni/Au oh m i co n t act.  As t h e ann ealin tem p erature  was increase d  from  750ºC to   900ºC in steps  of  50ºC, the a ggl om erates  m i grated  on t h e surface  and c o alesce nce into larger  aggl om erates. Thus, th e t h ermal annealing proce ss si gni ficantly changes the   m o rp ho log y  o f  th e o h m ic co n t act an d  in flu e n ces th e ch em i cal co m p o s ition  of th e surface o f  bo th  Ti/Al and  Ti / A l / N i / A u c ont act s.  Ta bl 2 s h ows  t h va ri at i on  of  PS N R  of  Ti / A l / N i / A u  o h m i c cont act s ver s us  an n eal i n g   te m p erature  for  D i sk , G a u s s i a n ,  Mo tion ,   Av e r ag e ,  Un sh ar p,  Me d i an ,  Ma x ,  Min  an A d ap tiv e   W i en e r  in   sp atial filterin g  tech n i q u es.  Peak s at  80 0ºC an d 900 ºC  o f  Ti /A l/Ni/Au ohmic  contact represent  m o re noi se  is  filtered  in  th i m ag e an d  h a s h i g h  PSNR . Valleys at 7 5 0 ºC an d   8 5 0 º represen t less n o i se is filtered  in  th im age and ha ve low PSNR.  A d ap tiv e  W i en e r gi ves  bet t e r  PSNR  t h a n  ot her e dge  det e c t i on f o r Ti / A l / Ni / A ohm ic contact. The  highest  PSNR a n d low  specific c ontact re sistance were  ob tain ed  at  80 0   ºC for  Ti/Al/Ni/Au  oh m i co n t act. A d ap tiv e  W i en e r g i v e s b e tter PSNR  fo r Ti/ A l/Ni/A u ohmic contact tha n  Ti/Al   ohm i c  cont act .   As shown in Figure 4 and 5,  th e surface oftheohm ic contacts gets  quite rough due to  many groove s   produce d   on t h e surface afte r annealin g at high tem p erature .  A  rough s u rface of  ohm ic contact is bad for  reliab ility an d  stab ility. Th e ro ugh n e ss is d u e to  th e Al ex istin g  in  th e oh mic co n t act sch e mes, wh ich   d o es n o t   react com p letely and is s u bj ec t to m e lting at t h ese  high a n ne aling tem p eratures   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                        I S SN 2 088 -87 08  IJECE   Vol. 5, No. 6, D ecem ber  2015 :   1347 –  1353  1 352 4.2. De terminati on of  OHMIC  Contact  P o rosity on n-GaN  Us ing Image  Pr ocessing Method  The s u rface st udy  of  Ti/Al a nd  Ti/Al/Ni/Au film s depo sited by  electron beam   evaporat ion on  type   GaN  were cha r acterized by e m ploying SE M. SEM im ag es  of t h e ohm i c contacts  were use d  to  determine the  porosity. The  surface m o rpho logy of Ti/Al/Ni/Au a nd T i/Al contacts  were st udie d   as a function  of t h e   an n ealing   p r o c ess co nd itio ns u s ing  im ag e p r o cessing  techniq u e s. Th en  v a riou s seg m en tatio n  techn i qu es were  use d  to distinguish pore on the s u rface im a g e.        Tabl e 3. Perce n t a ge o f  whi t e  and   bl ac k po re o n   Ti / A l  o h m i cont act   Te m p e r ature (°C)  White   Black  600  81. 06   18. 94   700  78. 81   21. 19   800  72. 02   27. 98   900  60. 37   39. 63       Tabl e 4. Perce n t a ge o f  whi t e  and   bl ac k po re o n   Ti / A l / N i / Au   o h m i cont act   Te m p e r ature (°C)   White   Black  750  69. 70   30. 30   800  73. 96   26. 04   850  62. 03   37. 97   900  70. 00   30. 00       Por o si t y  i s   def i ned a s  t h e  f r a c t i on  of  t h b u l k sam p l e  area  A t h at  i s   not   occu pi ed   by  so l i d  m a tt er. If   the area  of the  solids is denot e d by  A s , and t h e pore area as  A p = A  - A s,  then  poro s ity = (A p /A ).  Th e po res ar in black a nd t h e surface  of t h e thin  film  is  in white.  T h e  analysis of the binarize d image is base d on the  digitalization of  eac h pore of the  th in film  surface  followe by the m easur em ent of t h pore a r ea.   T h e  m a jor   effects of annealin g  pro c ess are to  p r o m o t e recrystalliza tio n  lead ing  to   g r ain  g r owth  an d  g r ain  bou nd ary  passi vat i o n.  T h e e ffect   of  an neal i n g  u n d er   di ffe re nt  t e m p er atu r e on th d i str i bu tio of these  thi n  films  pore s   and t h e pe rcen t a ge p o r o si t y  of t h w h i t e  and  bl ack  po res  are as sh ow i n  t h e Tabl 3  and  4 f o r Ti / A l  an Ti/Al/Ni/Au ohm i c contacts, respectively.  T h e porosity of  white areas  on  the surface of Ti/Al film  decreases   as the annealing tem p erature  increases a n d the blac k ar eas  increases as t h e annealing te m p erature increases.  The porosity of white areas  on the s u rface of Ti/Al/Ni/Au  film   is highe st a t  800°C anneal ing tem p erature and  the porosity of the black a r ea s is  lowest at 800°C. T h e pr oportion of porosity on the  s u rface of  ohm i c c ontact  varies  with a n nealing tem p erature  b eca use t h e a nneali n works  on rec r ysta llized grai ns  of the t h in  film s so  the white areas  are less a n which  re prese n ts  the s u rface  of the  ohm ic co ntact. On the  ot her  ha nd, the  black  areas a r egrowi ng which re pre s ent  pores, cra c ks,  and  defect s on t h e s u rfac e of the  ohm i contact.      5.   CO NCL USI O N   Ti/Al and  Ti/ A l/Ni/Au oh m i c con t acts were  d e po s ited on  n-type  Ga N and a n nealed at va rious   te m p eratures  for 60s  ha ve  been c o m p ared  in term s of s p ecific contact  resistance  a n d surface  m o rphology.  The  va ri at i ons  o f  P S NR  o f   Ti / A l  an d Ti / A l / N i / A u   ohm i c  co nt act s ve r s us a n neal i n t e m p erat ure  f o Di sk,   Gau s sian , Mo ti o n Av erag e,  Un sh arp, Med i an , Max ,  Mi n   an d Ad ap tiv W i en er in sp at ial filterin g  tech n i q u e w e r e  stud ied.  Gaus sian an A d ap tiv e W i en e r g i v e b e tter PSNR for Ti/ A l and Ti/Al/Ni/Au oh m i c co n t acts.  A d ap tiv e  W i ene r  g i v e b e tter PSNR fo r Ti/Al/Ni/Au  oh m i c   co n t act th an  Ti /Al o h m ic co n t act. Th e p r op ortion  of  porosity on the surface of  Ti/Al  and Ti/Al/Ni/Au  films decreases as  th e annealing t e m p erature inc r eases   because the annealing  works on the re cr ysta llized grains of the thin fil m s. Thus Ti/Al/Ni / Au ohm i c contacts   m a y  be p r efe r r e fo hi g h  t e m p erat ure a n hi gh  p o w er  de vi ces o n   Ga N.       ACKNOWLE DGE M ENT   The a u t h ors  w oul d l i k e t o  t h ank t h pr ofes sors  an d staff  me m b ers of t h e Center  of E x cellence i n   Nan o el ect r oni c s  (C E N f o r t h ei r s u pp ort   d u ri ng t h fab r i cat i on  pr ocess .  The e x peri m e nt s i n  t h i s   pap e r we re   carried   ou t at Ind i an   In stitu t e  o f  Tech no log y  Bo m b ay a n d   Ind i an   In st itu te o f  Scien c e Ban g a lore un d e r the  Indian Na noelectronics Users   Program .       Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I J ECE   I S SN 208 8-8 7 0 8       Oh mi c C ont act  ch ar act e ri zat i o n  Usi n g  I m ag e Proce ssi n g  ( B . N .   S h a s hi k a l a )   1 353 REFERE NC ES  [1]   S. Sundeep and Dr. G. Madhusu dhan Ra o, “Modelling  and Anal ysis of Custo m  Power Devices fo r Im prove Powe r   Qualit y,   Intern ational Journal of  Electr ical and  Computer Eng i neering , Vol. 1,  No. 1, pp. 43-48, 2011.  [2]   S.  M.  Ma ha ei,   M.  Ta ra fda r Ha gh,  a nd K. Zar e “Modelling FACTS Devices in  P o wer S y s t em  S t ate  Es tim atio n ,   International Jo urnal of  Electr ical and Computer Engin eering , V o l. 2 ,  No . 1 ,  pp 57-67, 2012 [3]   Subramaniam Arulkumaran,  et  al . ,  “ R ecord- l o w  contact red i s t ance for InAlN/ AlN/GaN high  ele c tron m obili t y   transistors on Si  with non-gold  metal,”  Japan ese Journal  of Applied  Physics , Vol. 5 4 , pp . 04-12 , 20 15.  [4]   X. Zhang, A. Saxler, P. Kung, M.  Razeghi , D. W a lker, and J. Xu, “ A lGaN  Ultraviol e t photoco nductors grown  on   Sapphire,”  Applied Ph ysics Letters , Vol. 68 , No.  15, pp . 2100-21 01, 1996 [5]   R .  S t a l l ,  S .  L i a n g ,  Y .   L u ,  C .  J o s e p h ,  I .  F e r g u s o n ,  C .  A .  T r a n ,  R .  F .  K a r l icek an d Z.  C. F e ng ,  “ G aN and AlGa m e tal-Sem i cond uctor-m et al Pho t odetectors,”  M a terials Scien c e and Engin eering,  Vol.  50 , N o . 1, pp. 311-3 14,  1997.  [6]   N. A. Papani col a ou, M. V.  Ra o ,   J. Mitter e der ,  an d W .  T. Anderso n , “  Re li able  Ti / A l and Ti /Al/Ni/ Au contac ts to n - ty p e  GaN  formed b y  vacuum an nealing,”  Journa l of Vacuum  Science  &   Technology B , Vol. 19 , pp . 261-267 , 2001 [7]   M .  E .  L i n ,  Z .  M a ,  F .  Y .  H u a n g ,  Z .  F .  F a n ,  L .  H .  A l l e n, and H. Morkoc, “Low r e sist ance ohmic contacts on wide   band-gap G a N,”  Appl. Ph ys. Letters , Vol. 64, No. 8, pp. 1003-100 5, 1994 [8]   Cong W a ng and Nam - Young  Kim ,  “ E lectri cal  charac ter i za tion  and nanoscale  surface m o rpholog y  of optim iz e d     Ti/Al/ Ta/Au  oh m i c cont ac t for  AlGaN/GaN HEMT,   Nanosca le Research  Letter s,  Vol. 7, No. 1 ,   pp. 107 , 2012 [9]   V. Rajagopal R e dd y  and  C. K. Rame sh, “Lo w -resistance oh mic contacts   to  n-ty pe GaN u s ing Ti/Al/Re/Au  m u ltila ye r sch e m e ,”  Journal of  Optoelectronics  and Advan ced  M a terials ,  Vol. 6 ,   No. 1, pp. 177-1 82, 2004 [10]   H. C.  Le e,  J. W .   Bae,  and  G. Y.   Yeom , “ T herm al l y  Stabl e   Ti/Al / W /Au Multila ye r Ohm i c Conta c t s  on n-t y pe   Ga N,”  Journal of the  K o rean  Phys i c al  S o cie t y ,  Vol. 51 No. 3, pp. 1046- 1049, 2007 .   [11]   Deepak S e lv ana t han, F i tih M .   Mohammed, Asrat Tesfay es us ,  and Iles anm i   Ades ida, “ C om pa rative  stud y   of              Ti/Al/Mo/Au , Mo/Al/Mo/Au, and  V/Al/Mo/A u   ohm ic   contacts to AlGaN/G a N heterostructures,”  Journal of  Vacuum Scien c &   Technology B , Vol. 22 , No. 5,  pp. 2409-2416 2004.  [12]   L. Dobos, B. Pecz,  L. To th, Zs.  J. Horvath, Z. E. Horvat h, A. Toth, E. Horvath, B.  Beaumont, and Z. Bougrioua,  M etal con t a c t o  n-GaN,”   Applied Surface S c ien c e , Vol. 253, pp. 655-661, 2006.  [13]   Liu Y,  et al .,  “ M echanis m s  of Ohm i c Contact   F o rm ation and  carri er Tr ans port of Low T e m p eratur e Annea l e d   Hf/Al/Ta on In 0. 8 Al 0.82 N/GaN-on-Si,   ECS Journ a l of Solid Sta t Scien ce and Technology , Vol. 4,  No. 2. pp. 30-35 2015.  [14]   Su Jin Kim,  Tae Yang Nam,  and  Tae G e un Kim, “Low-Resistance Nona llo y e d Ti/Al Ohmic Contacts on N-Face  n- T y p e  GaN  via  a n  P l as m a  Tr eatm e nt,   I EEE  E l ec t r on Devic e  L e tte r s , Vol. 32 , No.  2, pp . 149-151 2011.  [15]   R. C. Gonzalez  and R. C .  W oods, Digitsl Image P r ocessing, 3 rd  edition, 2008.  [16]   Z. Wang , A. C. Bovik, H. R .   Sheikh,   a nd  E .   P.  Si monc e l li , “Ima ge  qua li ty   asse ss me nt  from e rror vi si bi l ity  to  struc t ural simila rity ,”   I EEET rans.  Image  Process.,  Vol. 13, No. 4 ,   pp. 600–612 , 20 04.  [17]   H. R. Sheikh an d A. C. Bovik, “Ima ge information and visu al qu ality , ”  IEEE Trans. Image Process. , V o l. 15 , N o 2 ,   pp. 430–444 , 20 06.  [18]   Zhou Wang, Alan C. Bovik, “A  Universal Image Quality  Index ,   IEEE Signa l Processing L e tters Vol. 9, No. 3, pp 81-84, 2000 [19]   N. A. Papani col a ou, M. V. R a o,  J. Mitter e der ,  an d W .  T. Anderso n , “ R eliab l Ti/ A l and Ti /Al/Ni/ Au ohm ic conta c ts   to n-ty pe GaN f o rmed b y  vauu m annealing , ”  Journal of Vacuu m  Science  &   Te chnology B , Vol. 19, No. 1, pp 261- 67, 2001 [20]   Z.  X.  Qin,   Z.  Z. Chen,  Y.  Z.  Tong,  X.  M.  Ding, X.  D.  Hu , T. J.  Yu, and G. Y. Z h ang, “ S tud y  of  Ti/Au, T i/Al/Au ,   and T i/Al/Ni / Au ohm ic  contacts to n-GaN,”  Applied Ph ysics  A , Vol. 78 , pp . 729-7 31, 2004 [21]   B.  Ja c obs, M.  C. J.  C.  M. Kra m er,  E.  J.  Geluk,   and F.   Karouta ,  “ O ptim isation of  the T i/Al/Ni / Au  ohm ic cont act  o n   AlGaN/GaN FET structures,”  Jo urnal of Crysta Growth , Vol. 24 1, pp . 15-18 , 20 02.   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.