歐姆接觸與肖特基接觸

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1、歐姆接觸歐姆接觸是指金屬與半導(dǎo)體的接觸，而其接觸面的電阻值遠(yuǎn)小于半導(dǎo)體本身的電阻，使得組件操作時(shí)，大部分的電壓降在活動(dòng)區(qū)(Activeregion)而不在接觸面。歐姆接觸在金屬處理中應(yīng)用廣泛，實(shí)現(xiàn)的主要措施是在半導(dǎo)體表面層進(jìn)行高摻雜或者引入大量復(fù)合中心?！　W姆接觸指的是它不產(chǎn)生明顯的附加阻抗，而且不會(huì)使半導(dǎo)體內(nèi)部的平衡載流子濃度發(fā)生顯著的改變。條件　　欲形成好的歐姆接觸，有二個(gè)先決條件：　　（1）金屬與半導(dǎo)體間有低的勢(shì)壘高度(BarrierHeight)　?。?）半導(dǎo)體有高濃度的雜質(zhì)摻入(N≧10EXP12cm-3)區(qū)別　　前者可使界面電流中熱激

2、發(fā)部分(ThermionicEmission)增加;后者則使半導(dǎo)體耗盡區(qū)變窄，電子有更多的機(jī)會(huì)直接穿透(Tunneling)，而同時(shí)使Rc阻值降低?！　∪舭雽?dǎo)體不是硅晶，而是其它能量間隙(EnergyGap)較大的半導(dǎo)體(如GaAs)，則較難形成歐姆接觸(無適當(dāng)?shù)慕饘倏捎?，必須于半導(dǎo)體表面摻雜高濃度雜質(zhì)，形成Metal-n+-norMetal-p+-p等結(jié)構(gòu)。理論　　任何兩種相接觸的固體的費(fèi)米能級(jí)（Fermilevel）（或者嚴(yán)格意義上，化學(xué)勢(shì)）必須相等。費(fèi)米能級(jí)和真空能級(jí)的差值稱作工函數(shù)。接觸金屬和半導(dǎo)體具有不同的工函，分別記為φM和φS。當(dāng)兩

3、種材料相接觸時(shí)，電子將會(huì)從低工函一邊流向另一邊直到費(fèi)米能級(jí)相平衡。從而，低工函的材料將帶有少量正電荷而高工函材料則會(huì)變得具有少量電負(fù)性。最終得到的靜電勢(shì)稱為內(nèi)建場(chǎng)記為Vbi。這種接觸電勢(shì)將會(huì)在任何兩種固體間出現(xiàn)并且是諸如二極管整流現(xiàn)象和溫差電效應(yīng)等的潛在原因。內(nèi)建場(chǎng)是導(dǎo)致半導(dǎo)體連接處能帶彎曲的原因。明顯的能帶彎曲在金屬中不會(huì)出現(xiàn)因?yàn)樗麄兒芏痰钠帘伍L(zhǎng)度意味著任何電場(chǎng)只在接觸面間無限小距離內(nèi)存在。　　歐姆接觸或肖特基勢(shì)壘形成于金屬與n型半導(dǎo)體相接觸。　　歐姆接觸或肖特基勢(shì)壘形成于金屬與p型半導(dǎo)體相接觸。在經(jīng)典物理圖像中，為了克服勢(shì)壘，半導(dǎo)體載流子必須獲

4、得足夠的能量才能從費(fèi)米能級(jí)跳到彎曲的導(dǎo)帶頂。穿越勢(shì)壘所需的能量φB是內(nèi)建勢(shì)及費(fèi)米能級(jí)與導(dǎo)帶間偏移的總和。同樣對(duì)于n型半導(dǎo)體，φB=φM?χS當(dāng)中χS是半導(dǎo)體的電子親合能（electronaffinity），定義為真空能級(jí)和導(dǎo)帶（CB）能級(jí)的差。對(duì)于p型半導(dǎo)體，φB=Eg?(φM?χS)其中Eg是禁帶寬度。當(dāng)穿越勢(shì)壘的激發(fā)是熱力學(xué)的，這一過程稱為熱發(fā)射。真實(shí)的接觸中一個(gè)同等重要的過程既即為量子力學(xué)隧穿。WKB近似描述了最簡(jiǎn)單的包括勢(shì)壘穿透幾率與勢(shì)壘高度和厚度的乘積指數(shù)相關(guān)的隧穿圖像。對(duì)于電接觸的情形，耗盡區(qū)寬度決定了厚度，其和內(nèi)建場(chǎng)穿透入半導(dǎo)體內(nèi)部長(zhǎng)

5、度同量級(jí)。耗盡層寬度W可以通過解泊松方程以及考慮半導(dǎo)體內(nèi)存在的摻雜來計(jì)算:　　在MKS單位制ρ是凈電荷密度而ε是介電常數(shù)。幾何結(jié)構(gòu)是一維的因?yàn)榻缑姹患僭O(shè)為平面的。對(duì)方程作一次積分，我們得到　　積分常數(shù)根據(jù)耗盡層定義為界面完全被屏蔽的長(zhǎng)度。就有　　其中V(0)=Vbi被用于調(diào)整剩下的積分常數(shù)。這一V(x)方程描述了插圖右手邊藍(lán)色的斷點(diǎn)曲線。耗盡寬度可以通過設(shè)置V(W)=0來決定，結(jié)果為　　對(duì)于0

6、，n型的正曲率V''(x)和p型的負(fù)曲率如圖所示?！　倪@個(gè)大概的推導(dǎo)中可注意到勢(shì)壘高度（與電子親和性和內(nèi)建場(chǎng)相關(guān)）和勢(shì)壘厚度（和內(nèi)建場(chǎng)、半導(dǎo)體絕緣常數(shù)和摻雜密度相關(guān)）只能通過改變金屬或者改變摻雜密度來改變?？傊こ處煏?huì)選擇導(dǎo)電、非反應(yīng)、熱力學(xué)穩(wěn)定、電學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定且低張力的接觸金屬然后提高接觸金屬下方區(qū)域摻雜密度來減小勢(shì)壘高度差。高摻雜區(qū)依據(jù)摻雜種類被稱為n+或者p+。因?yàn)樵谒泶┲型干湎禂?shù)與粒子質(zhì)量指數(shù)相關(guān)，低有效質(zhì)量的半導(dǎo)體更容易被解除。另外，小禁帶半導(dǎo)體更容易形成歐姆接觸因?yàn)樗鼈兊碾娮佑H和度（從而勢(shì)壘高度）更低?！　∩鲜龊?jiǎn)單的理論預(yù)言了φB=φM

7、?χS，因此似乎可以天真的認(rèn)為工函靠近半導(dǎo)體的電子親和性的金屬通常應(yīng)該容易形成歐姆接觸。事實(shí)上，高工函金屬可以形成最好的p型半導(dǎo)體接觸而低工函金屬可以形成最好的n型半導(dǎo)體接觸。不幸的是實(shí)驗(yàn)表明理論模型的預(yù)測(cè)能力并不比上述論斷前進(jìn)更遠(yuǎn)。在真實(shí)條件下，接觸金屬會(huì)和半導(dǎo)體表面反應(yīng)形成具有新電學(xué)性質(zhì)的復(fù)合物。界面處一層污染層會(huì)非常有效的增加勢(shì)壘寬度。半導(dǎo)體表面可能會(huì)重構(gòu)成一個(gè)新的電學(xué)態(tài)。接觸電阻與界面間化學(xué)細(xì)節(jié)的相關(guān)性是導(dǎo)致歐姆接觸制造工藝可重復(fù)性為如此巨大的制造挑戰(zhàn)的原因。歐姆接觸的問題和改進(jìn)措施　　而在具體制作M-S歐姆接觸時(shí)，為了使接觸良好，以減小接

8、觸電阻，往往在金屬與半導(dǎo)體接觸之后還需要進(jìn)行退火處理，這就會(huì)帶來若干問題。對(duì)于用得較多的金屬電極材料Al，當(dāng)把Al-Si接