10.8 : Переходы металл-полупроводник

Контакт металла и полупроводника может привести к образованию перехода либо с поведением Шоттки, либо с омическим поведением.

Барьеры Шоттки

Барьеры Шоттки возникают, когда металл с работой выхода (Φ_m) контактирует с полупроводником с другой работой выхода (Φ_s). Первоначально электроны передаются до тех пор, пока уровни Ферми металла и полупроводника не выровняются в равновесии. Например, если Φ_m > Φ_s, уровень Ферми полупроводника выше, чем уровень металла до контакта. Электростатический потенциал полупроводника необходимо повысить,

чтобы выровнять уровни Ферми, что приводит к образованию области истощения, где положительные заряды некомпенсированных донорных ионов уравновешивают отрицательный заряд металла. Ширина обеднения в полупроводнике может быть рассчитана аналогично таковой в p-n-переходах.

Равновесный контактный потенциал (V_o) предотвращает дальнейшую диффузию электронов из зоны проводимости полупроводника в металл. Этот потенциал представляет собой разность потенциалов работы выхода (Φ_m – Φ_s). Высота потенциального барьера (Ф_В) для инжекции электронов из металла в зону проводимости полупроводника определяется выражением Ф_т — х, где х — сродство к электрону.

Омические контакты

Во многих приложениях, таких как интегральные схемы, крайне важно иметь омические контакты металл-полупроводник с линейной ВАХ в обоих направлениях смещения. Омические контакты образуются, когда заряд, индуцированный в полупроводнике для выравнивания уровней Ферми, обеспечивается основными носителями. Например, в полупроводнике n-типа, где Φ_m < Φ_s, электроны переходят из металла в полупроводник, чтобы выровнять уровни Ферми, повышая энергию электронов полупроводника. Это приводит к небольшому барьеру для потока электронов, который легко преодолевается небольшим напряжением. Аналогично, для полупроводников p-типа, где Φ_m > Φ_s, поток дырок через переход облегчается, обеспечивая минимальное сопротивление и отсутствие выпрямления сигнала.