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欧姆接触,欧姆接触的制备,欧姆接触的理论,欧姆接触的实验特性,欧姆接触的重要性  2011/10/3

目录

  • 欧姆接触的制备
  • 欧姆接触的理论
  • 欧姆接触的实验特性
  • 欧姆接触的重要性

欧姆接触的制备

  •   欧姆接触制备是材料工程里研究很充分而不太有未知剩余的部分。可重复且可靠的接触制备需要极度洁净的半导体表面。例如,因为天然氧化物会迅速在硅表面形成,接触的性能会十分敏感地取决于制备准备的细节。

      接触制备的基础步骤是半导体表面清洁、接触金属沉积、图案制造和退火。表面清洁可以通过溅射蚀刻、化学蚀刻、反应气体蚀刻或者离子研磨。比如说,硅的天然氧化物可以通过蘸氢氟酸(HF)来去除,而砷化镓(GaAs)则更具代表性的通过蘸溴化甲醇来清洁。清洁过后金属通过溅射、蒸发沉积或者化学气相沉积(CVD)沉积下来。溅射是金属沉积中比蒸发沉积更快且更方便方法但是等离子带来的离子轰击可能会减少表面态或者甚至颠倒表面电荷载流子的类型。正因为此更为平和且依然快速的CVD是更加为人所倾向的方法。接触的图案制造是通过标准平版照相术来完成的,比如剥落中接触金属是通过沉积于光刻胶层孔洞之中并稍后取出光刻胶来完成的。沉积后接触的退火能有效去除张力并引发有利的金属和半导体之间的反应。

欧姆接触的理论

  •   任何两种相接触的固体的费米能级(Fermi level)(或者严格意义上,化学势)必须相等。 费米能级和真空能级的差值称作功函。 接触金属和半导体具有不同的工函,分别记为φM和φS。 当两种材料相接触时,电子将会从低工函(高Fermi level)一边流向另一边直到费米能级相平衡。从而,低工函(高Fermi level)的材料将带有少量正电荷而高工函(低Fermi level)材料则会变得具有少量电负性。最终得到的静电势称为内建场记为Vbi。这种接触电势将会在任何两种固体间出现并且是诸如二极管整流现象和温差电效应等的潜在原因。内建场是导致半导体连接处能带弯曲的原因。明显的能带弯曲在金属中不会出现因为他们很短的 屏蔽长度意味着任何电场只在接触面间无限小距离内存在。

      在经典物理图像中,为了克服势垒,半导体载流子必须获得足够的能量才能从费米能级跳到弯曲的导带顶。穿越势垒所需的能量φB是内建势及费米能级与导带间偏移的总和。同样对于n型半导体,φB = φM ? χS当中χS是半导体的电子亲合能(electron affinity),定义为真空能级和导带(CB)能级的差。对于p型半导体,φB = Eg ? (φM ? χS)其中Eg是禁带宽度。当穿越势垒的激发是热力学的,这一过程称为热发射。真实的接触中一个同等重要的过程既即为量子力学隧穿。WKB 近似描述了最简单的包括势垒穿透几率与势垒高度和厚度的乘积指数相关的隧穿图像。对于电接触的情形,耗尽区宽度决定了厚度,其和内建场穿透入半导体内部长度同量级。耗尽层宽度W可以通过解泊松方程以及考虑半导体内存在的掺杂来计算。

      势垒高度(与电子亲和性和内建场相关)和势垒厚度(和内建场、半导体绝缘常数和掺杂密度相关)只能通过改变金属或者改变掺杂密度来改变。总之工程师会选择导电、非反应、热力学稳定、电学性质稳定且低张力的接触金属然后提高接触金属下方区域掺杂密度来减小势垒高度差。高掺杂区依据掺杂种类被称为 n + 或者p + 。因为在隧穿中透射系数与粒子质量指数相关,低有效质量的半导体更容易被解除。另外,小禁带半导体更容易形成欧姆接触因为它们的电子亲和度(从而势垒高度)更低。

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