第2B章金屬半導(dǎo)體接觸

金屬半導(dǎo)體和異質(zhì)結(jié)Metal–SemiconductorandSemiconductorHeterojunctionsInthischapter,wewill:■Determinetheenergy-banddiagramofametal–semiconductorjunction.■Investigatetheelectrostaticsoftherectifyingmetal–semiconductorjunction,whichisknownastheSchottkybarrierdiode.■Derivetheidealcurrent–voltagerelationoftheSchottkybarrierdiode.■DiscussdifferencesinthecurrenttransportmechanismbetweentheSchottkybarrierdiodeandpnjunctiondiode,anddiscussdifferencesinturn-onvoltageandswitchingtimes.■Discussohmiccontacts,whicharelow-resistance,nonrectifyingmetal–semiconductorjunctions.■Investigatethecharacteristicsofasemiconductorheterojunction.1肖特基勢壘二極管20世紀(jì)初期，金屬半導(dǎo)體表面接觸在一起后形成二極管稱為點接觸二極管；金屬功函數(shù)：真空中靜止電子的能量E0與金屬的費米能級（Ef）之差。它表示一個起始能量為費米能級的電子由金屬內(nèi)部逸出到真空中所需最小能量。它的大小范圍從銫的1.93ev到鉑的5.36ev。

電子親和能：是指真空的自由電子能級與導(dǎo)帶底能級之間的能量差，也就是把導(dǎo)帶底的電子拿出到真空去而變成自由電子所需要的能量。為維持費米能級連續(xù)，半導(dǎo)體中的電子流向金屬，在半導(dǎo)體表面形成耗盡區(qū)-正電荷，能帶向上彎曲該勢壘為肖特基勢壘theSchottkybarrier內(nèi)建電勢差反偏：正偏：1.2理想結(jié)特性空間電荷區(qū)電場，求解泊松方程x=xn,E=0對均勻摻雜半導(dǎo)體，場強是距離的線性函數(shù)金屬半導(dǎo)體接觸處場強最大，金屬中場強為零金屬中存在表面負電荷空間電荷區(qū)寬度W單位面積電容C’可求解Vbi,Nd肖特基勢壘高度：Nd摻雜濃度金屬半導(dǎo)體結(jié)中的電流輸運不同于pn結(jié)中少子決定電流的情況。取決于多數(shù)載流子。N型半導(dǎo)體整流接觸-電子運動通過勢壘。1.3電流電壓關(guān)系肖特基勢壘二極管與pn結(jié)二極管的比較1、反向飽和電流密度，肖特基勢壘二極管比pn結(jié)大幾個數(shù)量級；由于輸運機構(gòu)不同。例9.52、內(nèi)建電勢差-開啟電壓不同3、開關(guān)特性：肖特基二極管是多子器件，不存在擴散電容；不存在轉(zhuǎn)換時的存儲效應(yīng)。歐姆接觸METAL–SEMICONDUCTOROHMICCONTACTS任何半導(dǎo)體器件都要與外部接觸，這種接觸通過歐姆接觸實現(xiàn)歐姆接觸形成的電流電壓關(guān)系-線性函數(shù)，電壓很低！兩種常見接觸：1、非整流接觸，2、利用隧道效應(yīng)制造的理想非整流接觸上一節(jié)討論了m>s金屬與半導(dǎo)體接觸；同樣m<s情況下？m<s電子從金屬流向半導(dǎo)體，半導(dǎo)體表面過量電子電荷，電子堆積。能帶向下彎曲。金屬加正壓，不存在電子從半導(dǎo)體流向金屬的勢壘.電子容易從半導(dǎo)體流向金屬。如果半導(dǎo)體加正壓，電子流向金屬的勢壘近似Bn=n,此時電子很容易從金屬流向半導(dǎo)體。對p型半導(dǎo)體，m>s,剛接觸時電子從半導(dǎo)體流向金屬達到熱平衡，表面留下空穴，出現(xiàn)空穴堆積，使得界面半導(dǎo)體p型更深，電子更容易從金屬流向半導(dǎo)體中的空狀態(tài)。相當(dāng)于空穴更容易從半導(dǎo)體流向金屬。2.2隧道效應(yīng)金屬-半導(dǎo)體空間電荷區(qū)寬度與半導(dǎo)體摻雜濃度的平方根成反比。隨著濃度的增加隧道效應(yīng)增強。隧道電流隨摻雜濃度增加指數(shù)增大。2.3接觸電阻定義：零偏壓時電流密度對電壓求導(dǎo)的倒數(shù)。接觸電阻強烈依賴摻雜濃度在現(xiàn)代IC工藝中，Al不能完全滿足要求。因為在IC工藝中，當(dāng)歐姆接觸形成之后還需要施行500oC以上的其它工藝步驟，而Al-Si接觸系統(tǒng)承受不了這么高