Физика полупроводниковых приборов Книга 1 - Зи С.
Скачать (прямая ссылка):
угла наклона графика назовем степенью влияния химической природы металла
на свойства поверхности полупроводника S:
с - d^Bn
dXM'
(77)
На рис. 20, б показана зависимость величины 5 от разности
электроотрицательностей компонент полупроводника. Отметим
290
Глава 5
Период
Рис. 19. Шкала электроотрицательности [28]. Отметим тенденцию к
увеличению электроотрицательности внутри каждой группы.
резкий скачок при переходе от ковалентных полупроводников (таких, как
GaAs с АХ = 0,4) к ионным (таким, как A1N с АХ = = 1,5). В
полупроводниках о АХ < 1 величина 5 мала, что указывает на слабую
зависимость высоты барьера от электроотрицательности металла (или его
работы выхода). При АХ >> 1 величина 5 приближается к единице и высота
барьера начинает зависеть от электроотрицательности металла (или его
работы выхода).
В кремниевой микроэлектронной технологии широко применяются барьеры
Шоттки, образующиеся в результате химической реакции металла е кремниевой
подложкой. Условия протекания этих реакций хорошо известны и легко
контролируемы, что позволяет получить на границе раздела силицид металла
- кремний требуемые и хорошо воспроизводимые барьеры Шоттки. На рис. 21
представлены эмпирические значения высоты барьера между силицидами 12
различных переходных металлов и кремнием n-типа в зависимости от теплоты
образования силицидов [71J. За исключением PtSi, эти данные можно
представить в Биде
Ф?п - 0,8] -0,17 (АЯ),
(78)
Контакты металл - полупроводник
291
О 0,2 0,10,6 0,8 1,0 1,2 1,4 1,6 1,8 2,02,2 2,4 Л%
Рис. 20. Зависимость высоты барьера (а) от электроотрицательности
металла, нанесенного на Si, GaSe и Si02, и зависимость величины S от
разности электроотрицательностей компонент полупроводников (б) [29],
где ДЯ - теплота образования (в электронвольтах). Значение 0,81 эВ,
полученное при нулевой теплоте образования, соответствует высоте барьера
на свободной поверхности. Накло^ прямой, аппроксимирующей эти данные,
следует из того, что высота барьера жду двумя образцами кремния я-типа
равна нулю. Последнее означает, что прямая линия на рис. 21 должна
пересечь ось абсцисс в точке, соответствующей энергии связи кремния (4,67
эВ). Эта величина довольно близка к значению ДЯ, получаемому из формулы
(78) при (рВп = 0.
292
Глава 5
%
А Н, к кал /моль О _ 10 20 30 40
0,9V11 П~П"гг| | гтт| пт ('пттрггп | гптугпт
в
PtSi
О
0,5 1,0
АН, эВ
Рис. 21. Зависимость высоты барьера в структурах силицид металла -
кремний от теплоты образования силицидов [71 j.
• - экспериментальные значения; О предполагаемые значения.
5.5.2. Измерения высоты барьера
Высоту потенциального барьера на контакте металл - полупроводник измеряют
в основном четырьмя методами, описанными ниже [301.
Метод вольт-амперной характеристики. Для умеренно легированных
полупроводников вольт-амперная характеристика в области прямых смещений g
V ?> SkTtq в соответствии " выражением (49) имеет вид
где фво - асимптотическое значение высоты барьера при нулевом поле (рке.
15), А** - эффективная постоянная Ричардсона, Дф - понижение барьера за
счет эффекта Шоттки. Поскольку А** и Дф являются функциями приложенного
напряжения, вольт-амперную характеристику при прямом смещении (и при V ?>
2>kTfq) можно представить в виде J ~ exp (qVlnkT), где фактор
неидеальности
j cs А**Т2 ехр ^ ехр
f q(Дср+1/) L kT
(79)
п " kT д (In J)
_ Ц dv
kT д (In А**)!-1
Я дУ J
Типичные примеры вольт-амперных характеристик показаны на рис. 22. Фактор
неидеальности характеристики диода W-Si равен п = 1,02, а для диода W-
GaAs п = 1,04 [31J. В резуль-
Контакты металл - полупроводник
293
Гг" В
Рис. 22. Зависимости плотности тока в диодах W - Si и W - GaAs от
приложенного в прямом направлении напряжения [31].
тате линейной экстраполяции этих характеристик к V = 0 найдем ток
насыщения Js. Высоту барьера получим из формулы
<81>
Значение <рВ71 не очень чувствительно к выбору Л**; так, например, при
комнатной температуре увеличение А** на 100 % приводит к увеличению <рвп
только на 0,018 В. Теоретическое соотношение между Js и tpBn (или ц>Вр)
при комнатной температуре и А** = 120 А см'2 К'2 представлено на рив. 23.
Соответствующее соотношение при других значениях А** можно получить
параллельным смещением этих линий. При обратных смещениях изменение тока
обусловлено главным
294
Глава 5
(рвп и/>и <fep> в
(fBn ЫЛи (f'Rpi В
Рис. 23. Теоретическая зависимость плотности тока насыщения от высоты
барьера при Т =? 300 К и А** - 120 А-см"?-К~2
образом понижением высоты барьера за счет эффекта Шот-ткн:
J" =*Js (при VR > 3kTlq) = Л**Гг ехр I - ^°) X
xexP( + ^p(tm)L), (g2)
где
г=жуМ?(У + Уь1-f).
Когда высота барьера qfpgn значительно меньше ширины запрещенной зоны,
ток, обусловленный генерационно-рекомбинационными процессами, мал по
сравнению с током эмиссии через барьер. В этом случае обратный ток будет
возрастать с ростом напряжения в соответствии с выражением (82).
Контакты металл - полупроводник
