Омический контакт

редактировать

Омический контакт - это не выпрямляющий электрический переход : соединение между двумя проводниками, имеющее линейную кривую ток – напряжение (IV), как в случае с законом Ома. Омические контакты с низким сопротивлением используются для обеспечения беспрепятственного протекания заряда в обоих направлениях между двумя проводниками без блокировки из-за выпрямления или избыточного рассеивания мощности из-за пороговых значений напряжения.

Напротив, соединение или контакт, не имеющий линейной кривой ВАХ, называется неомическим. Неомические контакты бывают разных форм, таких как p – n-переход, барьер Шоттки, выпрямляющий гетеропереход или пробой соединение.

Обычно термин «омический контакт» неявно относится к омическому контакту металла с полупроводником, где достижение омического контактного сопротивления возможно, но требует осторожной техники. Омические контакты металл – металл относительно проще создать, поскольку они обеспечивают прямой контакт между металлами без промежуточных слоев изоляционных загрязнений, чрезмерной шероховатости или окисления ; Для создания омических соединений металл-металл используются различные методы (пайка, сварка, опрессовка, осаждение, гальваника и т. д.). Эта статья посвящена омическим контактам металл – полупроводник.

Стабильные контакты на границах раздела полупроводников, с низким контактным сопротивлением и линейной характеристикой ВАХ, имеют решающее значение для рабочих характеристик и надежности полупроводниковых устройств, а их подготовка и характеристики основные усилия в изготовлении схем. Плохо подготовленные переходы к полупроводникам могут легко показать поведение выпрямления, вызывая истощение полупроводника рядом с переходом, делая устройство бесполезным, блокируя поток заряда между этими устройствами и внешней схемой. Омические контакты к полупроводникам обычно создаются путем нанесения тонких металлических пленок тщательно подобранного состава, возможно, с последующим отжигом для изменения связи полупроводник-металл.

Содержание

  • 1 Физика образования омических контактов металл – полупроводник
  • 2 Подготовка и определение характеристик омических контактов
  • 3 Технологически важные виды контактов
  • 4 Значение
  • 5 Ссылки
  • 6 См. Также

Физика образования омических контактов металл-полупроводник

И омические контакты, и барьеры Шоттки зависят от высоты барьера Шоттки, который устанавливает порог избыточной энергии электрона. требует перехода от полупроводника к металлу. Чтобы переход мог легко пропускать электроны в обоих направлениях (омический контакт), высота барьера должна быть небольшой по крайней мере на некоторых участках поверхности перехода. Чтобы образовался отличный омический контакт (низкое сопротивление), высота барьера должна быть везде небольшой и, кроме того, поверхность раздела не должна отражать электроны.

Высота барьера Шоттки между металлом и полупроводником наивно предсказывается правилом Шоттки-Мотта как пропорциональная разнице между работой выхода металл-вакуум и сродство к электрону полупроводник-вакуум. На практике большинство интерфейсов металл-полупроводник не следуют этому правилу в предсказуемой степени. Вместо этого химическое прекращение контакта полупроводникового кристалла с металлом создает электронные состояния в пределах его запрещенной зоны. Природа этих состояний запрещенной зоны, индуцированных металлом, и их заполнение электронами имеет тенденцию закреплять центр запрещенной зоны на уровне Ферми, эффект, известный как закрепление уровня Ферми. Таким образом, высота барьеров Шоттки в контактах металл-полупроводник часто мало зависит от значения работы выхода полупроводника или металла, что резко контрастирует с правилом Шоттки-Мотта. Разные полупроводники демонстрируют этот пиннинг уровня Ферми в разной степени, но технологическим последствием является то, что омические контакты высокого качества (с низким сопротивлением) обычно трудно сформировать в важных полупроводниках, таких как кремний и арсенид галлия.

Правило Шоттки-Мотта не совсем неверно, поскольку на практике металлы с высокой работой выхода образуют лучшие контакты с полупроводниками p-типа, в то время как металлы с низкой работой выхода образуют лучшие контакты с полупроводниками n-типа. полупроводники. К сожалению, эксперименты показали, что предсказательная сила модели не выходит далеко за рамки этого утверждения. В реальных условиях контактные металлы могут реагировать с поверхностями полупроводников с образованием соединения с новыми электронными свойствами. Слой загрязнения на границе раздела может эффективно расширить барьер. Поверхность полупроводника может реконструировать, что приведет к новому электронному состоянию. Зависимость контактного сопротивления от деталей межфазной химии - вот что делает воспроизводимое изготовление омических контактов такой производственной проблемой.

Подготовка и определение характеристик омических контактов

Изготовление омических контактов - это хорошо изученная часть материаловедения, которая, тем не менее, остается своего рода искусством. Воспроизводимое и надежное изготовление контактов зависит от исключительной чистоты поверхности полупроводника. Так как естественный оксид быстро образуется на поверхности кремния, например, характеристики контакта могут сильно зависеть от деталей приготовления. Часто область контакта сильно легирована, чтобы обеспечить нужный тип контакта. Как правило, омические контакты на полупроводниках образуются легче, когда полупроводник сильно легирован вблизи перехода; высокое легирование сужает обедненную область на границе раздела и позволяет электронам легко течь в обоих направлениях при любом смещении за счет туннелирования через барьер.

Основными этапами изготовления контактов являются очистка поверхности полупроводника, нанесение контактного металла, формирование рисунка и отжиг. Очистка поверхности может выполняться травлением распылением, химическим травлением, травлением реактивным газом или ионным измельчением. Например, природный оксид кремния может быть удален погружением плавиковой кислоты, тогда как GaAs обычно очищается погружением бром-метанол. После очистки металлы осаждаются посредством напыления, испарения или химического осаждения из паровой фазы (CVD). Распыление - более быстрый и удобный метод осаждения металла, чем испарение, но ионная бомбардировка из плазмы может вызвать поверхностные состояния или даже изменить тип носителя заряда на поверхности. По этой причине все более предпочтительны более мягкие, но все же быстрые ССЗ. Создание рисунка контактов выполняется стандартными методами фотолитографии, такими как отрыв, когда контактный металл осаждается через отверстия в слое фоторезиста, который позже растворяется. Отжиг контактов после осаждения полезен для снятия напряжения, а также для инициирования любых желаемых реакций между металлом и полупроводником.

Поскольку осажденные металлы сами могут окисляться в условиях окружающей среды в ущерб электрическим свойствам контактов, обычно образуют омические контакты со слоистыми структурами. Нижний слой, контактирующий с полупроводником, выбран из-за его способности вызывать омическое поведение. Верхний слой выбран из-за его низкой реакционной способности. По желанию может использоваться трехслойная структура. В этом случае средний слой служит диффузионным барьером, предотвращающим смешение металлов во время любого процесса отжига.

Измерение контактного сопротивления проще всего выполнить с помощью четырехточечного зонда, хотя для более точного определения используйте метод линии передачи типично.

Технологически важные виды контактов

Современные омические контакты с кремнием, такие как дисилицид титана-вольфрама, обычно силициды, полученные методом химического осаждения из паровой фазы. Контакты часто создаются путем осаждения переходного металла и образования силицида путем отжига, в результате чего силицид может быть нестехиометрическим. Силицидные контакты также могут быть нанесены прямым распылением соединения или ионной имплантацией переходного металла с последующим отжигом. Алюминий - еще один важный контактный металл для кремния, который может использоваться с полупроводниками n-типа или p-типа. Как и другие химически активные металлы, Al способствует образованию контактов, потребляя кислород в природном оксиде. Силициды в значительной степени заменили Al отчасти потому, что более тугоплавкие материалы менее склонны к диффузии в непредусмотренные области, особенно во время последующей высокотемпературной обработки.

Формирование контактов с составными полупроводниками значительно труднее, чем с кремнием. Например, поверхности GaAs имеют тенденцию терять мышьяк, а тенденция к потере мышьяка может быть значительно усилена осаждением металла. Кроме того, летучесть As ограничивает количество отжигов после осаждения, которые допускают устройства на основе GaAs. Одним из решений для GaAs и других полупроводниковых соединений является нанесение контактного слоя из сплава с малой шириной запрещенной зоны в отличие от сильно легированного слоя. Например, сам GaAs имеет меньшую ширину запрещенной зоны, чем AlGaAs, и поэтому слой GaAs вблизи его поверхности может способствовать омическому поведению. В целом технология омических контактов для полупроводников III-V и II-VI гораздо менее развита, чем для Si.

МатериалМатериалы контактов
Si Al, Al-Si, TiSi 2, TiN, W, MoSi 2, PtSi, CoSi 2, WSi 2
Ge In, AuGa, AuSb
GaAs AuGe, PdGe, PdSi, Ti / Pt / Au
GaN Ti / Al / Ni / Au, Pd / Au
InSb In
ZnO InSnO 2, Al
CuIn 1 − x GaxSe2 Mo, InSnO 2
HgCdTe In
C (ромб) Ti /Au,Mo /Au

Для активной матрицы необходимы прозрачные или полупрозрачные контакты На ЖК-дисплее отображаются, оптоэлектронные устройства, такие как лазерные диоды и фотоэлектрические устройства. Наиболее популярным выбором является оксид индия и олова, металл, который образуется посредством реактивного распыления мишени In-Sn в атмосфере оксида.

Значение

Постоянная времени RC, связанная с контактным сопротивлением, может ограничивать частотную характеристику устройств. Зарядка и разрядка сопротивления проводов является основной причиной рассеивания мощности в цифровой электронике с высокой частотой тактовой частотой. Контактное сопротивление вызывает рассеяние мощности за счет джоулева нагрева в низкочастотных и аналоговых схемах (например, солнечных элементах ), изготовленных из менее распространенных полупроводников. Разработка методологии изготовления контактов является важной частью технологического развития любого нового полупроводника. Электромиграция и расслоение на контактах также являются ограничением срока службы электронных устройств.

Ссылки

  • Sze, S.M. (1981). Физика полупроводниковых приборов. Джон Вили и сыновья. ISBN 978-0-471-05661-4.Обсуждение теории плюс значение устройства.
  • Зангвилл, Эндрю (1988). Физика на поверхности. Издательство Кембриджского университета. ISBN 978-0-521-34752-5.Подходит к контактам с точки зрения состояния поверхности и реконструкции.

См. Также

Последняя правка сделана 2021-06-01 09:08:18
Содержание доступно по лицензии CC BY-SA 3.0 (если не указано иное).
Обратная связь: support@alphapedia.ru
Соглашение
О проекте