Контакты металл-полупроводник. 
Физика полупроводниковых приборов микроэлектроники

Контакты металл-полупроводник

Типы и основные характеристики контактов металл—полупроводник

Поскольку соединения электродов прибора с другими элементами электронного устройства осуществляются металлическими проводниками, контакты полупроводниковой области с металлом содержит любой полупроводниковый прибор. В идеале падение напряжения на таких контактах должно быть нулевым, однако реальные контакты полупроводниковых областей с металлическими выводами имеют конечное сопротивление, хотя их ВАХ близка к линейной («омические» контакты). При определенных условиях контакт металл—полупроводник может обладать нелинейной ВАХ («выпрямляющие» контакты). Такие контакты не могут быть использованы для соединения электродов прибора с металлическими проводниками, однако их свойства лежат в основе целого ряда весьма полезных полупроводниковых приборов.

Таким образом, мы будем различать два типа контактов:

• • невыпрямляющие (омические);
• • выпрямляющие или барьерные.

Механизм выпрямления на контакте металл—полупроводник впервые был объяснен У. Шоттки [11, поэтому выпрямляющие барьерные контакты также называют контактами Шоттки. Теоретическая модель барьерного контакта металла к тонким слоям полупроводника предложена Н. Моттом [2]. Основополагающие теории и обзор экспериментальных исследований в этой области изложены в работе [3].

Тип контакта зависит от свойств металла, полупроводника и поверхности их раздела.

Контактные свойства металла характеризуются термодинамической работой выхода Ф_м, которая определяется как разность между потенциальной энергией электрона в вакууме Е₀ и энергией Ферми F_M в металле. Контактные свойства полупроводника характеризуются истинной работой выхода Ф (электронным сродством), которая определяется как разность между энергией Е₀ и энергией дна зоны проводимости Е_с в полупроводнике. Для полупроводника также применимо понятие термодинамической работы выхода (Ф" для полупроводника «-типа, Ф_;, — для p-типа), однако значения Ф» или Ф_;1 зависят от степени его легирования.

Свойства поверхности раздела металл—полупроводник (подобно границе раздела диэлектрик—полупроводник в структурах МДП) характеризуются плотностью поверхностного заряда Q_ss, или плотностью поверхностных состояний iV_M. Заряд каждого поверхностного состояния, расположенного ниже уровня Ферми, считается равным заряду электрона. Таким образом.

Контакт металл—полупроводник называется идеальным, если N_ss =0. Тип идеального контакта металл—полупроводник определяется соотношением между термодинамическими работами выхода (табл. VI.1.1).

Таблица VI. 1.1

Зависимость типа контакта металл—полупроводник от соотношения между термодинамическими работами выхода.

Отметим, что большинство металлов с наиболее распространенными полупроводниковыми материалами «-типаобразуют барьерные контакты, а с материалами р-типа — омические.

Вначале будут рассмотрены свойства барьерных контактов (контактов Шоттки). Свойствам омических контактов посвящен раздел VI.3.