Невыпрямляющий (омический) контакт

О свойствах контакта металл - полупроводник можно судить по величине падения напряжения в области контакта: если приконтактная область (со стороны полупроводника) обеднена свободными носителями заряда, то почти все напряжение падает на контакте и такой контакт является выпрямляющим. Ясли обеспечить условие, когда сопротивление контакта R_k будет намного меньше сопротивления объема образца вне контакта R₀, то речь идет об омическом контакте.

Осуществление омических контактов на практике связано с большими трудностями. Наличиена поверхности полупроводника и металла посторонних дефектов химического и механического свойства приводит к появлению локальных уровней энергии в запрещенной зоне полупроводника. В результате контактная разность потенциалов в большей степени зависит от этих уровней, нежели от разности работ выхода. В силу этого контакты могут иметь инверсные и обедненные области.

Для устранения отмеченных недостатков в качестве омического контакта используются структуры и , где область соответствует вырожденному полупроводнику (рис.2.4). Контакт относится к группе гомопереходов и является невыпрямляющим.

Трудности, связанные с обработкой поверхности, в этом случае тоже не возникают, поскольку n⁺-n-переход образуется в объеме полупроводника с помощью специального технологического процесса. Изготовить хороший невыпрямляющий контакт между вырожденной областью n⁺ и металлом гораздо проще, т.к. даже при образованиив месте контакта барьера (рис.2.4) его толщина оказывается соизмерима с длиной волны де Бройля . В результате туннельный ток (I_T (рис.2.4, б) сквозь – барьер оказывается настолько значительным, что обеспечивает необходимую проводимость при любой полярности внешнего смещения на контакте.

Найдем нижнюю границу контактного сопротивления, приведенного к единице площади (приведенное контактное сопротивление), полагая, что вcе оно определяется приведенным контактным сопротивлением n⁺-n-перехода:

,

(2.9)

где n₀ - равновесная концентрация электронов в глубине полупроводника.

Рисунок 2.4 – Зонная диаграмма омического контакта

в отсутствии (а) и при наличии (б) смещения

Сопротивление планарного контакта

,

(2.10)

где R_пов - поверхностное сопротивление полупроводниковой пленки под контактом (Ом/); W - толщина контакта; d - длина контакта; ;

- длина затухания. Величина R_k определяется из(2.9).

Связь между уровнем Ферми и концентрацией для сильного вырождения задается соотношением

,

(2.11)

где полная концентрация валентных электронов в кристалле.

Записав эффективную плотность состояний у дна зоны проводимости

,

можно связать c этим параметром концентрацию электронов в n⁺-области:

~ .

В связи с тем что область n⁺ вырождена, контакт n⁺-n может работать при гелиевых температурах (примесь не "вымораживается") и обладает хорошими инжекционными свойствами, так как n⁺> N_c.

Контрольные вопросы

1. Из каких соображений контакты делят на выпрямляющие и омические?

2. Что такое «контакт Шоттки»?

3. Напряжение какой полярности должно быть приложено к металлу диода Шоттки, для включения диода в прямом направлении?

4. Почему диод Шоттки может работать в СВЧ-диапазоне?

5. Почему в открытом состоянии на диоде Шоттки величина падения напряжения меньше чем на диоде с p-n-переходом?

6. Почему для получения омического контакта сильнолегируют полупроводник на границе с металлом?