发帖
雷达卡
金属与半导体之间的界面行为主要表现为两种典型接触形式：肖特基接触和欧姆接触。它们描述了在不同条件下，金属与半导体结合时所呈现的电学特性。
一、肖特基接触
1. 形成条件与定义
当金属与轻掺杂的半导体材料接触时，由于两者的费米能级存在差异，在界面处会自发形成空间电荷区，并产生一个能量势垒——即肖特基势垒。该结构表现出整流效应，因此也被称为肖特基结或肖特基势垒二极管。
2. 物理机制（以N型半导体为例）
假设金属的功函数（ΦM）大于N型半导体的有效功函数（ΦS），则在未接触前，半导体的费米能级高于金属。一旦接触，电子将从高能级的半导体流向金属，直至系统达到热平衡，费米能级对齐。
在此过程中，半导体表面失去电子，留下带正电的施主离子，形成耗尽层。这一区域产生的内建电场阻止进一步扩散。对于半导体中的电子而言，要进入金属必须克服一个能量“高地”，这个高度即为肖特基势垒高度 ΦBn。
3. 电流-电压行为
- 正向偏压（金属接正，半导体接负）：外加电场削弱内建电场，导致势垒降低，电子易于从半导体注入金属，形成显著的正向电流。
- 反向偏压（金属接负，半导体接正）：外电场增强势垒高度，极大抑制电子流动，仅有极少量热激发电子可越过势垒，产生微弱的反向饱和电流。
整体表现为非线性、非对称的I-V特性，具有明显的单向导电性。
4. 关键参数
- 势垒高度（ΦB）：直接影响器件开启电压与漏电流水平。
- 理想因子：反映实际器件偏离理想二极管理论的程度。
5. 典型应用
- 肖特基二极管：利用其快速开关特性，广泛用于高频整流、射频混频、检波及钳位电路中，因仅依赖多数载流子工作，无少数载流子存储延迟。
- MESFET栅极：采用肖特基结作为控制沟道的栅结构。
- 太阳能电池：不期望的肖特基接触可能导致载流子复合增加，造成效率下降。
二、欧姆接触
1. 定义与目标
欧姆接触是指金属与半导体之间形成的线性、对称且低阻抗的连接方式，其电流-电压关系符合欧姆定律。理想的欧姆接触应具备极低的接触电阻，使得在信号传输过程中压降可忽略，是实现半导体器件与外部电路高效互联的基础。
2. 实现机制
为了使载流子能够无障碍地双向穿越界面，通常采取以下两种策略：
方法一：功函数匹配（理论途径）
对于N型半导体，选择功函数小于半导体功函数的金属材料，理论上可使能带向下弯曲，形成有利于电子流动的“下坡”结构（称为反阻挡层）。但由于半导体表面态的存在，单纯依靠材料选择难以实现理想效果。
方法二：高掺杂半导体表面（主流工艺）
这是当前工业中最常用的方法。通过在接触区域对半导体进行重掺杂（如N++或P++），实现欧姆接触。
原理如下：
- 低体电阻：重掺杂显著降低半导体局部电阻率。
- 隧穿主导导电：高掺杂使耗尽层宽度急剧减小至纳米尺度，电子可通过量子隧穿效应直接穿过薄势垒，无需克服其能量高度。隧穿概率极高，因而电流几乎不受限。
3. 电流-电压特性
在正常操作范围内，I-V曲线呈一条通过原点的直线，正反向特性对称。衡量其性能的核心指标是接触电阻（Rc），单位常为Ω·cm。
4. 主要应用场景
- 集成电路中所有主动器件的电极连接，包括晶体管的源/漏/栅、二极管、电容等。
- 太阳能电池电极：用于高效收集光生载流子。
- 发光二极管（LED）电极：确保电流均匀注入有源区。
三、对比总结
| 特性 | 肖特基接触 | 欧姆接触 |
|---|---|---|
| 电学特性 | 具有整流特性（非线性、非对称），类似二极管 | 呈现欧姆特性（线性、对称），类似电阻 |
| I-V曲线形态 | 曲线弯曲，正向导通，反向截止 | 通过原点的直线，双向对称 |
| 核心结构 | 金属与轻掺杂半导体接触 | 金属与重掺杂半导体接触 |
| 势垒情况 | 存在明显的肖特基势垒，耗尽层较宽 | 势垒极薄或能带有利弯曲，主要依赖隧穿导电 |
| 主导电流机制 | 热电子发射越过势垒 | 隧穿效应为主导 |
| 关键影响因素 | 金属功函数、半导体电子亲和能、界面态密度 | 半导体表面掺杂浓度（需非常高） |
| 接触电阻 | 较高，且随电压变化 | 极低，是设计追求的目标 |
| 主要用途 | 肖特基二极管、MESFET栅极、部分探测器 | 各类器件电极连接、集成电路互连结构 |
综上所述，肖特基接触与欧姆接触的根本区别在于：金属与半导体之间的功函数相对关系以及半导体接触区域的掺杂浓度。前者决定是否形成势垒，后者则决定了载流子能否通过隧穿等方式实现低阻导通。这两种接触在现代电子器件中各司其职，共同支撑着半导体技术的发展。
京公网安备 11010802022788号
