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金屬與半導(dǎo)體接觸后是如何做到歐姆接觸的?

發(fā)布時間:2018-09-18 責(zé)任編輯:wenwei

【導(dǎo)讀】隨著社會不斷進(jìn)步,科技實力不斷增強(qiáng),集成電路行業(yè)迎來了大發(fā)展,從原先的SSI到MSI再到LSI發(fā)展到現(xiàn)在的VLSI規(guī)模,集成度不斷提高,門電路數(shù)超過萬門,集成的元件數(shù)更是可達(dá)到10萬個,行業(yè)呈現(xiàn)出一片欣欣向榮的景象。
 
如此超大規(guī)模的集成電路其基礎(chǔ)都是由各類元件一部分一部分構(gòu)成,大型IC制作離不開半導(dǎo)體,現(xiàn)在的晶圓制造廠可以制造出6英寸,8英寸,12英寸等等的晶圓,其制作都是在半導(dǎo)體材料基礎(chǔ)上經(jīng)過道道程序集合各種金屬以制成各種小元器件。那么這就需要金屬材料,進(jìn)過蒸鍍,濺鍍,電鍍等方法進(jìn)行所需的金屬制備。不可避免的就會產(chǎn)生半導(dǎo)體金屬接觸的問題,大家都知道金半接觸會產(chǎn)生接觸電阻,對于IC芯片我們當(dāng)然是希望電壓控制電流產(chǎn)生線性關(guān)系達(dá)到可控的要求,所以歐姆接觸就非常重要了,那么到底金屬與半導(dǎo)體接觸之后到底是什么樣的原理如何做到歐姆接觸呢?這就有必要來探討下。
 
這之前我們必須要知道一些概念,首先是逸出功,它是電子克服原子核的束縛,從材料表面逸出所需的最小能量,Wm是金屬的逸出功,Ws是半導(dǎo)體的逸出功。由自由電子形成的能量空間,即固體結(jié)構(gòu)內(nèi)自由電子所具有的能量范圍,對于金屬,所有價電子所處的能帶就是導(dǎo)帶,對于半導(dǎo)體,所有的價電子所處的能帶是所謂的價帶,導(dǎo)帶比價帶的能量要高。如圖1所示Ec稱為導(dǎo)帶底是導(dǎo)帶最低能級,可看成是電子勢能。Eo是真空中電子能量,又稱為真空能級X=Eo-Ec表示為電子親合能,即半導(dǎo)體導(dǎo)帶底的電子逸出體外所需的最小能量。Ef是費米能級,何謂費米能級呢?我們可以假設(shè)一個能級能量為E,如果該能級被電子占據(jù)的概率符合一個函數(shù)規(guī)律為f(E),f(E)稱為費米函數(shù)。當(dāng)f(E)=1/2時,得出的E的值對應(yīng)的能級為費米能級。一般近似的認(rèn)為費米能級以下的能級都被電子所填充,費米能級處于價帶與導(dǎo)帶之間能量高于費米能級的在費米能級之上,低的在費米能級下,外層電子排列遵循泡利不相容原則,從低能級排列到高能級,所以以費米能級為界限,能量高于費米能級的量子態(tài)基本是空的,能量低于費米能級的量子態(tài)基本上全部被電子所占據(jù)。
 
金屬與半導(dǎo)體接觸后是如何做到歐姆接觸的?
 
Wm=Eo-Efm Ws=Eo-Efs
 
以N型半導(dǎo)體為例,金屬半導(dǎo)體接觸時,由于金屬與半導(dǎo)體中電子能量狀態(tài)不一樣會發(fā)生載流子運(yùn)動,使得電子從能量高的半導(dǎo)體到能量低的金屬(即比較逸出功Wm與Ws,逸出功小的越容易逸出)這就導(dǎo)致半導(dǎo)體與金屬接觸表面失去電子從而剩下正的電離施主所以顯正電,而電子到到達(dá)金屬,所以金屬顯負(fù)電,因此在金屬與半導(dǎo)體交界面處形成了相當(dāng)于PN結(jié)耗盡層一樣的叫做肖特基勢壘的自建電場,電場方向從N型半導(dǎo)體到金屬,此自建電場將阻止電子進(jìn)入金屬,如下圖3所示,電子阻擋層就是,肖特基勢壘,能帶向上彎曲(此能帶即為勢壘,阻止作用)。當(dāng)勢壘高度增加到半導(dǎo)體電子進(jìn)入金屬與金屬電子進(jìn)入半導(dǎo)體數(shù)量相等時達(dá)到平衡,它們的費米能級就會重合。而由于N型半導(dǎo)體耗盡層處失去電子之后,電子濃度比N型半導(dǎo)體內(nèi)部電子濃度低很多,因此它是一個高阻的區(qū)域,常稱為阻擋層。
 
金屬與半導(dǎo)體接觸后是如何做到歐姆接觸的?
圖2
 
金屬與半導(dǎo)體接觸后是如何做到歐姆接觸的?
圖3
 
當(dāng)Wm
 
金屬與半導(dǎo)體接觸后是如何做到歐姆接觸的?
 
圖4樣的道理,對于P型半導(dǎo)體,WmWs,勢壘形成的是高導(dǎo)電區(qū)域,大家可以自己去試試?yán)砬逶恚@里就不多詳細(xì)介紹了。因此為了保證歐姆接觸,對于N型半導(dǎo)體可以選擇功函數(shù)小的金屬材料,對于P型半導(dǎo)體可選功函數(shù)大的金屬材料。
 
 
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