金屬與半導(dǎo)體形成歐姆接觸是指在接觸處是一個純電阻,而且該電阻越小越好,使得組件操作時,大部分的電壓降在活動區(qū)(Active region)而不在接觸面。因此,其I-V特性是線性關(guān)系,斜率越大接觸電阻越小,接觸電阻的大小直接影響器件的性能指標(biāo)。
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。
歐姆接觸指的是它不產(chǎn)生明顯的附加阻抗,而且不會使半導(dǎo)體內(nèi)部的平衡載流子濃度發(fā)生顯著的改變。
欲形成好的歐姆接觸,有二個先決條件:
(1)金屬與半導(dǎo)體間有低的勢壘高度(Barrier Height)
(2)半導(dǎo)體有高濃度的雜質(zhì)摻入(N ≧10EXP12 cm-3)
前者可使界面電流中熱激發(fā)部分(Thermionic Emission)增加;后者則使半導(dǎo)體耗盡區(qū)變窄,電子有更多的機(jī)會直接穿透(Tunneling),而同時使Rc阻值降低。
若半導(dǎo)體不是硅晶,而是其它能量間隙(Energy Gap)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+-n or Metal-p+-p等結(jié)構(gòu) 。
良好的歐姆接觸還應(yīng)該具有以下幾個主要特點(diǎn) :
(1)可再生的低比接觸電阻;
(2)統(tǒng)一的、均勻的接觸一半導(dǎo)體界面,在界面相就有平面同性;
(3)光滑的表面形態(tài);
(4)高溫工作狀態(tài)下的熱穩(wěn)定性;
(5)抗氧化;
(6)好的勃附性;
(7)工藝上的易實(shí)現(xiàn);
(8)好的機(jī)械性能。
金屬一半導(dǎo)體接觸分為歐姆接觸和肖特基接觸兩種情況。在理想的情況下,金屬和半導(dǎo)體接觸處呈現(xiàn)很小的電阻,其電壓降小到可以忽略。而肖特基接觸則具有整流特性,和p-n結(jié)的特性類似。在沒有經(jīng)過合金化的情況下,金屬一半導(dǎo)體接觸通常是肖特基接觸,其整流特性主要的形成原因是金屬一半導(dǎo)體界面存在的肖特基勢壘。 歐姆接觸與肖特基勢壘接觸均是金屬與半導(dǎo)體在特定情況下形成的接觸。一般情況下,金屬與半導(dǎo)體的功函數(shù)不同 。當(dāng)金屬與半導(dǎo)體接觸體系達(dá)到平衡時,任何兩種相接觸的固體的費(fèi)米能級(Fermi level)(或者嚴(yán)格意義上,化學(xué)勢)必須相等。 費(fèi)米能級和真空能級的差值稱作功函數(shù)。 接觸金屬和半導(dǎo)體具有不同的功函,分別記為φM和φS。 當(dāng)兩種材料相接觸時,電子將會從低功函(高費(fèi)米能級)一邊流向另一邊直到費(fèi)米能級相平衡。從而,低功函的材料將帶有少量正電荷而高功函材料則會變得具有少量電負(fù)性。最終得到的靜電勢稱為內(nèi)建場記為Vbi。這種接觸電勢將會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出現(xiàn)因?yàn)樗麄兒芏痰?屏蔽長度意味著任何電場只在接觸面間無限小距離內(nèi)存在。
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