肖特基接触与欧姆接触

欧姆接触

是指金属与半导体的接触，而其接触面的电阻值远小于半导体本身的电阻，使得组件操作时，大部分的电压降在活动区(Active region)而不在接触面。

欲形成好的欧姆接触，有二个先决条件：

（1）金属与半导体间有低的势垒高度(Barrier Height)

（2）半导体有高浓度的杂质掺入(N ≧10EXP12 cm-3)

前者可使界面电流中热激发部分(Thermionic Emission)增加;后者则使半导体耗尽区变窄，电子有更多的机会直接穿透(Tunneling)，而同时使Rc阻值降低。

若半导体不是硅晶，而是其它能量间隙(Energy Cap)较大的半导体(如GaAs)，则较难形成欧姆接触(无适当的金属可用)，必须于半导体表面掺杂高浓度杂质，形成Metal-n＋-n or Met al-p+-p等结构。

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工函。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，电子将会从低工函一边流向另一边直到费米能级相平衡。从而，低工函的材料将带有少量正电荷而高工函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。

欧姆接触或肖特基势垒形成于金属与n型半导体相接触。

欧姆接触或肖特基势垒形成于金属与p型半导体相接触。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:

在MKS单位制ρ 是净电荷密度而ε是介电常数。几何结构是一维的因为界面被假设为平面的。对方程作一次积分，我们得到

积分常数根据耗尽层定义为界面完全被屏蔽的长度。就有

其中V(0) = Vbi被用于调整剩下的积分常数。这一V(x)方程描述了插图右手边蓝色的断点曲线。耗尽宽度可以通过设置V(W) = 0来决定，结果为

对于0 < x < W，ρ = eNdopant是完全耗尽的半导体中离子化的施主和受主净电荷密度Ndopant以及e是电荷。ρ和Vbi对于n型半导体取正号而对于p型半导体取负号，n型的正曲率V''(x)和p型的负曲率如图所示。

从这个大概的推导中可注意到势垒高度（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。

上述简单的理论预言了φB = φM ? χS，因此似乎可以天真的认为工函靠近半导体的电子亲和性的金属通常应该容易形成欧姆接触。事实上，高工函金属可以形成最好的p型半导体接触而低工函金属可以形成最好的n型半导体接触。不幸的是实验表明理论模型的预测能力并不比上述论断前进更远。在真实条件下，接触金属会和半导体表面反应形成具有新电学性质的复合物。界面处一层污染层会非常有效的增加势垒宽度。半导体表面可能会重构成一个新的电学态。接触电阻与界面间化学细节的相关性是导致欧姆接触制造工艺可重复性为如此巨大的制造挑战的原因。

肖特基接触

是指金属和半导体材料相接触的时候，在界面处半导体的能带弯曲，形成肖特基势垒。势垒的存在才导致了大的界面电阻。与之对应的是欧姆接触，界面处势垒非常小或者是没有接触势垒。

AlGaN/GaN HEMT欧姆接触的研究进展

裴风丽１，２，冯震２，陈炳若１

（１ 武汉大学物理科学与技术学院，武汉４３００７２；

２ 中国电子科技集团公司第十三研究所，石家庄０５００５１）

１引言

ＡｌＧａＮ／ＧａＮ是国际上广泛关注的新型宽禁带化合物半导体材料，具有较宽的禁带宽度（ＧａＮ：３４ｅＶ，ＡｌＮ：６２ｅＶ），较高的击穿场强（１～３×１０１０Ｖ·ｃｍ－１），高电子饱和漂移速率（２２×１０１０ｃｍ·ｓ－１）以及良好的热稳定性。与此同时，ＡｌＧａＮ／ＧａＮ异质结具有较大的导带不连续性，注入效率较高，界面处又有强烈的自发极化与压电极化效应，２ＤＥＧ可达到很高的电子密度（不掺杂可达１０１３ｃｍ－２）。因此凭借优良的材料特性，ＡｌＧａＮ／ＧａＮＨＥＭＴ在高温、高频、大功率器件方面有很好的应用前景。２００３年ＪｏｓｈｉｎＫ等人［１］报道了用在Ｗ ＣＤＭＡ通信上１７４Ｗ输出功率的高效功率放大器。２００４年ＷｕＹＦ等人［２］报道了利用场板技术研制的ＧａＮＨＥＭＴ，在４ＧＨｚ下输出的功率密度为３２.２Ｗ／ｍｍ，ＰＡＥ为５４．８％；在８ＧＨｚ下输出功率密度为３０.６Ｗ／ｍｍ，ＰＡＥ为４９ ６％。２００５年ＭｏｏｎＪ等人［３］报道了工作在Ｋａ波段３０ＧＨｚ的ＡｌＧａＮ／ＧａＮＨＥＭＴ输出功率密度达５７Ｗ／ｍｍ，ＰＡＥ为４５％。

尽管目前国际上ＡｌＧａＮ／ＧａＮＨＥＭＴ的研制已经日趋成熟，并正走向应用，但要真正实现实用化的批量生产，还有许多亟待解决的问题。欧姆接触的好坏直接影响到ＡｌＧａＮ／ＧａＮＨＥＭＴ的两个关键参数---跨导和饱和电流。如何获得接触电阻小、表面形貌好、轮廓清晰度高和稳定可靠的欧姆接触是ＡｌＧａＮ／ＧａＮＨＥＭＴ研制的重要问题之一。

２欧姆接触的机理

欧姆接触形成的机理可用金属与半导体接触的电流传输机制来说明。以ｎ型半导体与金属的接触为例，电子越过金属半导体结的输运方式有四种［４］，如图１所示：（１）电子越过势垒顶部从半导体发射到金属中的热电子场发射机理；（２）量子力学隧道穿过势垒的场发射机理；（３）在空间电荷区中电子与空穴的复合；（４）在半导体中性区电子与空穴的复合。在这四种输运方式中，第四种方式在一般情况下可忽略，第三种方式使肖特基势垒偏离理想行为，但也可用来形成欧姆接触。

为了实现ＡｌＧａＮ／ＧａＮＨＥＭＴ源和漏区的欧姆接触，可采用两种机制：一是尽可能地降低肖特基势垒高度；二是尽可能地使肖特基势垒变薄。常用的方法有表面处理技术、金属化系统和重掺杂技术等。

３表面处理技术

ＧａＮ和ＡｌＧａＮ的表面都很活跃，很容易被氧化。另外，在材料的外延生长时，表面也容易吸附一些有机物，这种表面的氧化物和被吸附的有机物就在导电的外延层上形成一层绝缘层。ＧａＮ和ＡｌＧａＮ都是极性很强的材料，表面态密度较低，费密能级钉扎效应较弱，经适当的表面处理，其表面态要比ＧａＡｓ低一个数量级左右。表面清洗和等离子处理就是目前常用的两种表面处理技术。

表面清洗是通过物理作用及化学反应破坏沾污物质与表面的作用力，以达到消除杂质污染清洁表面的作用。ＳｅｌｖａｎａｔｈａｎＤ等人［５］研究了经ＳｉＣｌ４反应离子刻蚀过的ｎ-ＧａＮ和ｎ-Ａｌ０.２Ｇａ０.８Ｎ表面，在室温下分别用ＢＯＥ，ＨＣｌ溶液和氨水来清洗，用ＸＰＳ和ＡＥＳ分析发现用ＢＯＥ清洗过的样品Ｏ／Ｎ比是最小的，ＢＯＥ能最有效地去除经ＳｉＣｌ４反应离子刻蚀过的ｎ-ＧａＮ和ｎ-Ａｌ０.２Ｇａ０.８Ｎ表面的氧化物。

除了表面清洗之外，离子刻蚀也常用来提高金属与半导体的欧姆接触特性。ＳｅｌｖａｎａｔｈａｎＤ等人［５］发现用ＳｉＣｌ４离子处理ＧａＮ和ＡｌＧａＮ的表面费密能级向导带发生了偏移，这种偏移是由于Ｎ空位的产生增加了表面ｎ型施主杂质的浓度。ＢｕｔｔａｒｉＤ等人［６］提出了用Ｃｌ２离子刻蚀表面的氧化物和ＡｌＧａＮ层，用７００ｎｍ的刻蚀深度使接触电阻从０.４５Ω·ｍｍ降到０.２７Ω·ｍｍ。ＪｅｏｎＣＭ等人［７］用室温欧姆

接触制作了ＡｌＧａＮ／ＧａＮＨＦＥＴ，该欧姆接触是用Ｎ２ＩＣＰ进行表面处理的，Ｎ２等离子使非掺杂ＡｌＧａＮ表面产生了大量Ｎ空位。ＺｈａｎｇＡＰ等人［８］也研究了用Ｎ２流ＩＣＰ来改善ＡｌＧａＮ／ＧａＮＨＥＭＴ的欧姆接触，在适度的离子流量（约为４×１０１６ｃｍ２·ｓ－１）和低离子能（１２５ｅＶ）的条件下没有观察到ＡｌＧａＮ表面粗糙，在最优化的条件下离子处理减小了欧姆接触电阻。

４金属化系统

４.１方案的设计

欧姆接触的形成是一个复杂的过程，涉及到各种各样的固态反应，利用物理学、冶金学和化学的相关知识，设计包含多层金属的金属化系统，经加热金属化系统可能产生合金化或固相再生长，从而形成“金属 重掺杂夹层半导体”的欧姆接触。据文献［４，９］报道，ＧａＮ或ＡｌＧａＮ上合金欧姆接触的形成需要满足一些基本设计要求，图２为多层金属设计原理示意图。

首先是势垒层，该层选择金属的原则是能形成低阻、低功函数、薄的和热稳定的金属性势垒层化合物，能在ＧａＮ或ＡｌＧａＮ表面下形成高密度的Ｎ空位。Ｔｉ，Ｔａ，Ｚｒ和Ｃｏ等符合要求，其中Ｔｉ具有难熔性，比其他几种金属具有更高的化学活性，功函数又低，是目前该层最常用的金属。其次是覆盖

层，该层金属起催化的作用，增强了Ｎ原子与势垒层金属原子的固相反应，另外它应和势垒层的金属形成薄的、低功函数和结实的合金相，甚至也和Ｎ原子形成了薄的氮化物。目前，该层最常用的金属是Ａｌ。第三是扩散阻挡层，一般帽层金属的功函数较高，当帽层金属的参与或半导体元素的过多外扩不利于欧姆接触的形成时，则在帽层与覆盖层之间沉积阻挡层以阻止各元素间相互扩散。一般来说，熔点较高的金属特别是难熔金属，原子扩散能力较低，具有较好的扩散阻挡特性，如Ｐｔ，Ｐａ，Ｎｉ，Ｃｒ，Ｍｏ，Ｔａ和Ｗ等。根据文献［１０］报道，Ｍｏ是很好的扩散阻挡层材料，理由如下：Ｐｔ，Ｐａ和Ｎｉ都是高功函数的金属，当这些金属扩散到ＧａＮ或ＡｌＧａＮ表面时，将导致Ｍ／Ｓ接触的势垒高度增加，不利于欧姆接触的形成；另外根据相图，在

８５０℃的温度下，他们在Ａｕ中的溶度都比Ｍｏ要高；Ｔａ和Ｗ很难蒸发，在其蒸发期间，由于温度很高导致光刻胶出现熔化的现象；Ｃｒ比Ｍｏ的熔点

要低，电阻也比Ｍｏ大。第四是帽层，该层作用是保持稳定低阻的外接触，另外也起到了阻止势垒层和覆盖层的金属氧化的作用，一般选择贵金属，使用较普遍的是Ａｕ。

４.２势垒层金属的研究进展

１９９９年，ＱｉａｏＤ等人［１１］报道了在ＡｌＧａＮ／ＧａＮ结构上设计了Ｔｉ／Ａｌ双层结构，几乎耗尽顶部的ＡｌＧａＮ层，使载流子很容易地到达ＧａＮ层，从而获得了低阻欧姆接触。但这种Ａｌ／Ｔｉ界面方案有两个

缺点：退火形成的欧姆接触需要帽层；Ａｌ和Ｔｉ的原子序数太低，电子束光刻不能清楚地辨明对位标记。２００１年ＱｉａｏＤ等人［１２］报道了ＡｌＧａＮ／ＧａＮ异质结上Ｔａ基欧姆接触，发现选用Ｔａ有如下优点：（１）

比接触电阻降到５×１０－７Ω·ｃｍ２；（２）为电子束光刻对位提供了足够多的电子发射；（３）不需要欧姆退火的帽层。同年，ＬｉｍＳＨ等人［１３］报道了Ｔａ／Ｔｉ／Ａｌ和Ｔｉ／Ｔａ／Ａｌ与ｎ ＡｌＧａＮ／ＧａＮ欧姆接触的电特性和微结构，发现接触电阻依赖于ＡｌＧａＮ层的厚度、界面相和界面的粗糙程度，退火期间界面相（ＴａＮ或ＴｉＮ）的形成是产生欧姆接触的原因，隧穿电流是该欧姆接触电流传输的机制。到２００５年，ＫｉｍＫＨ等人［１４］报道了Ｔａ／Ｔｉ／Ａｌ／Ｎｉ／Ａｕ与ＡｌＧａＮ／ＧａＮＨＥＭＴ的低阻欧姆接触，发现金属与ＡｌＧａＮ层的界面有氮化物形成，这层厚的ＴａＮ／ＴｉＮ被认为是形成低阻欧姆接触的原因，该实验还发现Ｔａ基接触的表面形貌要优于Ｔｉ／Ａｌ／Ｎｉ／Ａｕ。

Ｔｉ／Ａｌ基欧姆接触的获得基本上都要求退火温度在８００℃以上，而这样高的退火温度可能会引起器件性能的下降。２００２年，ＳｃｈｗｅｉｔｚＫＯ等人［１５］在ｎ-

Ａｌ０.３Ｇａ０.７Ｎ／ＧａＮ异质结上用Ｖ／Ａｌ／Ｐｔ／Ａｕ经６５０℃，４５ｓ退火后就得到了低阻欧姆接触。２００４年，Ｎｉｓｈｉｚｏｎｏ等人［１６］报道了金属／Ａｌ掺杂ＺｎＯ与ＡｌＧａＮ／ＧａＮＨＥＭＴ的欧姆接触，淀积ＺｎＯ／Ｔｉ／Ａｌ／Ｎｉ／Ａｕ前，样品表面分别用氧离子、ＨＣｌ和ＮＨ４ＯＨ处理，在未退火时就得到了２.７Ω·ｍｍ的接触电阻，用ＨＣｌ处理过的样品经３００℃退火得到的接触电阻为２.０Ω·ｍｍ。

ＮｉＡｌ在高温下是很稳定的，适合做高温应用的材料。ＩｎｇｅｒｌｙＤＢ等人［１７］用ＮｉＡｌ在ｎ-ＧａＮ和ｎ-ＡｌＧａＮ上得到了低阻欧姆接触，ｎ-ＧａＮ上经８５０℃，５ｍｉｎ的退火后比接触电阻为９.４×１０－６Ω·ｃｍ２，再经６００℃，１００ｈ退火后比接触电阻降为５.３×１０－５Ω·ｃｍ２；ｎ-Ａｌ０.１８Ｇａ０.８２Ｎ上经９００℃，５ｍｉｎ退火后比接触电阻为４.７×１０－５Ω·ｃｍ２，经６００℃，１００ｈ的

长期退火后比接触电阻只是稍微有些变化。

４.３扩散阻挡层金属的研究进展

如４.１所述，Ｍｏ被认为是较好的扩散阻挡层材料。

２００５年，ＧｉｌｌｅｓｐｉｅＪ等人［１８］报道，在６种不同商家提供的相似参数的ＡｌＧａＮ／ＧａＮＨＥＭＴ外延片上制作欧姆接触电极，发现若按各个厂家提供的金属化方案，则得到的接触电阻都小于１Ω·ｍｍ，但他

们的方案基本上只适合自己的外延片，这表明生长条件对欧姆接触结果有较大影响。他们还比较了Ｔｉ／Ａｌ／（Ｎｉ，Ｍｏ，Ｉｒ）／Ａｕ，结果发现只有Ｍｏ基方案在所有不同厂家的材料上得到了较好的欧姆接触。

ＳｕｎＹ等人［１９］在非掺杂ＡｌＧａＮ／ＧａＮ异质结上优化了Ｔｉ／Ａｌ／Ｍｏ／Ａｕ欧姆接触，在１∶５和１∶６的Ｔｉ／Ａｌ比中，８００℃且材料的方块电阻为６００Ω／□时，最优化的接触电阻为０ ４～０ ５Ω·ｍｍ。

ＷａｎｇＬ等人［２０］用ＴＥＭ分析了Ｔｉ／Ａｌ／Ｍｏ／Ａｕ与ＡｌＧａＮ／ＧａＮ异质结的界面，发现金属与ＡｌＧａＮ层的反应并非均一地进行，当其他区域的ＡｌＧａＮ部分反应时，观察到了局部有金属通过ＡｌＧａＮ层直接渗透到了２ＤＥＧ的下面，ＴＥＭ分析证实主要反应产物是ＴｉＮ，发现螺纹断层提供了短路扩散渠道，是反应不一致的原因，ＴｉＮ岛与２ＤＥＧ大面积的直接接触促进了低阻欧姆接触的形成。

ＭｏｈａｍｍｅｄＦＭ等人［２１］用电学特性和ＴＥＭ分析了Ｔｉ／Ａｌ／Ｍｏ／Ａｕ，Ｔｉ／Ｓｉ／Ａｌ／Ｍｏ／Ａｕ和Ｔｉ／Ｓｉ／Ａｌ／Ｓｉ／

Ｍｏ／Ａｕ三种金属化方案，结果表明欧姆接触的形成依赖于氮化物和硅化物之间竞争反应的路径，最低的接触电阻是在硅化物的存在和散布而氮化物的形

成受到抑制的样品上获得的，这暗示着欧姆接触形成的机理是硅化物基低肖特基势垒接触，而非界面氮化物接触。

２００６年，ＣｈａｔｕｒｖｅｄｉＮ等人［２２］报道了ＡｌＧａＮ／ＧａＮＨＥＭＴ欧姆接触形成的机理，比较了几种不同欧姆接触金属化方案，Ｔｉ／Ａｌ／（Ｍｏ，Ｎｉ，Ｐｔ和Ｔｉ）／Ａｕ，退火条件都是８３０℃，１５ｓ，这几种方案得到了近似的接触电阻值０.３～０.５Ω·ｍｍ，相对而言Ｍｏ基金属化方案是最好的，不但有好的表面形貌和低的接触电阻而且图形边缘也比较平整。基于ＸＲＤ和ＥＤＳ分析，他们提出了如图３所示Ｔｉ／Ａｌ／Ｍｏ／Ａｕ接触的模型，认为Ａｌ Ｍｏ相和ＧａＭｏ３化合物的形成是这种高质量欧姆接触形成原因。

Ｔｉ，Ｐｄ，Ｐｔ和Ｎｉ是ＡｌＧａＮ／ＧａＮＨＥＭＴ欧姆接触的扩散阻挡层常用材料。

ＢａｒｄｗｅｌｌＪＡ等人［２３］比较了ＡｌＧａＮ／ＧａＮ上两种不同的Ｔｉ／Ａｌ／Ｔｉ／Ａｕ欧姆金属化方案，Ａｌ组分偏低的方案虽然需要较长的退火时间才能达欧姆接触，但表面均匀平滑，图形边缘平整。ＣｈｅｎＪ等人［２４]用ＴＥＭ分析了在ｎ ＡｌＧａＮ／ＧａＮ上Ｔｉ／Ａｌ／Ｔｉ／Ａｕ方案，欧姆特性与界面处的Ａｕ２Ｔｉ、ＴｉＡｌ层和约１０ｎｍ的富Ｔｉ层有关，当退火温度超过７５０℃时欧姆特性变差，同时伴有ＡｌＧａＮ层的分解和Ａｕ-Ｔｉ-Ａｌ-Ｇａ相的形成。ＦａｙＭＷ等人［２５］研究ＡｌＧａＮ／ＧａＮ上Ｔｉ／Ａｌ／Ｔｉ／Ａｕ方案时，发现７５０℃和８５０℃时接触和ＡｌＧａＮ层间的界面是较平的，消耗了很少的ＡｌＧａＮ层并有少量的ＴｉＮ生成，９５０℃时接触的电特性最好但接触和氮化物的界面很粗糙，界面处有ＴｉＮ相形成，有一个Ａｌ／Ａｕ冶金学势垒层环绕着它们，但该势垒层不产生电的势垒。Ｎｅｂａｕｅｒ等人［２６］用ＸＴＥＭ和ＴＦＸＲＤ分析ＡｌＧａＮ／ＧａＮＨＦＥＴ上Ｔｉ／Ａｌ／Ｔｉ／Ａｕ／ＷＳｉＮ接触，发现８５０℃的退火导致界面处Ａｌ２Ａｕ-Ａｌ-Ａｕ-Ｔｉ相混和物向Ａｌ２Ａｕ Ａｌ３Ａｕ８相转变且形成了Ｔｉ-Ａｌ-氮化物层，由少量无序ＡｌＧａＮ分裂而形成的（Ｔｉ，Ａｌ）Ｎ层在欧姆接触的质量上可能起到了关键的作用。

ＦａｙＭＷ等人［２７］报道了通过变化Ｔｉ／Ａｌ／Ｐｄ／Ａｕ中Ｔｉ的比例，分析其与ＡｌＧａＮ／ＧａＮ欧姆接触的结构和电特性。发现随着Ｔｉ层厚度的增加达到欧姆接触所需的退火温度和表面粗糙度都随之减少，９５０℃时得到了最低接触电阻，分析发现在金属和半导体界面有一薄层Ｔｉ-氮化物内含物区，周围被Ａｌ／Ａｕ冶金学势垒环绕，随着Ｔｉ比例的增加这些内

含物也在增加，在室温下这些内含物的多少对接触的电特性没有明显影响，但是在高温下内含物少的样品显示出优越的电特性。

ＢｒｉｇｈｔＡＮ等人［２８］用ＴＥＭ分析了接触电阻和Ａｕ／Ｎｉ／Ａｌ／Ｔｉ／ＡｌＧａＮ／ＧａＮ欧姆接触微结构的关系，发现只消耗了少量的ＡｌＧａＮ，在界面处出现了未经确认的含Ａｌ，Ｔｉ和Ａｕ的相。ＤｅｓｍａｒｉｓＶ等人［２９］在非掺杂ＡｌＧａＮ／ＧａＮ异质结上用Ｓｉ／Ｔｉ／Ａｌ／Ｎｉ／Ａｕ方案，通过优化Ｓｉ层的厚度和退火温度，得到了０.２３Ω·ｍｍ的接触电阻和１.０６×１０－６Ω·ｃｍ２的比接触电阻。

ＬｕｏＢ等人［３０］用Ｔｉ／Ａｌ／Ｐｔ／ＷＳｉ／Ｔｉ／Ａｕ和Ｔｉ／Ａｌ／Ｐｔ／Ｗ／Ｔｉ／Ａｕ改进了ＡｌＧａＮ／ＧａＮＨＥＭＴ欧姆接触的表面形貌，Ｗ和ＷＳｉｘ的加入在不使接触电阻退化的情况下，明显改善了高温退火后接触形貌。该方法有望提高ＡｌＧａＮ／ＧａＮＨＥＭＴ的高温可靠性。

除了选用一些常用的扩散阻挡层材料外，人们也尝试了选择Ｃｕ，Ｉｒ，Ｎｂ等金属。ＹｏｕｎＣＪ等人［３１］用Ｓｉ／Ｔｉ／Ａｌ／Ｃｕ／Ａｕ在ｎ ＡｌＧａＮ／ＧａＮ上得到了３.８×１０－５Ω·ｃｍ２的比接触电阻，认为欧姆接触的形成与Ｓｉ的扩散和Ａｌ-Ｔｉ-Ｓｉ-Ｎ金属间相的形成有关。ＦｉｔｃｈＲＣ等人［３２］比较了ＡｌＧａＮ／ＧａＮＨＥＭＴ上Ｔｉ／Ａｌ／Ｎｉ／Ａｕ和Ｔｉ／Ａｌ／Ｉｒ／Ａｕ方案，分析表明Ｉｒ基接触界面有更多的ＴｉＮ相。ＮａｋａｙａｍａＴ等人［３３］报道了Ａｌ０.３Ｇａ０.７Ｎ／ＧａＮ上低阻和光滑表面的Ｔｉ／Ａｌ／Ｎｂ／Ａｕ欧姆电极，高温退火期间铌在液态铝中的低溶解性可能是表面光滑的原因。

５重掺杂技术和其他技术

在Ｓｉ基集成电路中，由于离子注入的可造性、可生产性、可靠性和多功能性，它已成为一种必不可少的技术［３４］。然而把注入用于ＧａＮ基器件生产

是一项富有挑战性的工作，因为ＧａＮ具有难熔性且高温下存在高氮蒸汽压［３５］。注入后ＧａＮ的激活和损害恢复要求退火的温度超过１５００℃，且平衡时氮的压力超过１.５×１０９Ｐａ［３６］，这种要求实际应用起来很困难。１９９９年，ＱｉａｏＤ等人［１１］报道了有无Ｓｉ注入ＡｌＧａＮ／ＧａＮＨＥＭＴ，研究了直接注入和通过ＡｌＮ帽层注入，发现直接注入能更有效地减小接触电阻。２００３年，ＹｕＨ等人［３７］应用１５００℃高压快速退火技术，获得了完整的ＧａＮ晶体，在激活了的ＧａＮ上获得了最低的方块电阻（１４Ω／□）和接触电阻（０.０２Ω·ｍｍ）。２００５年，ＹｕＨ等人［３８］成功地将Ｓｉ注入引入到ＡｌＧａＮ／ＧａＮＨＥＭＴ，注入后的ＨＥＭＴ器件不仅有光滑的表面形貌、较小的非合金欧姆接触电阻（０.４Ω·ｍｍ），而且与普通工艺制作的ＨＥＭＴ相比，它们的直流、小信号和射频功率特性也较好。

ＨｅｉｋｍａｎＳ等人［３９］报道了在ＡｌＧａＮ／ＧａＮＨＥＭＴ上通过选择区域集

中传输再生ＧａＮ来制作欧姆接触，该技术比较适合于高Ａｌ组分的ＡｌＧａＮ／ＧａＮ器件。ＬｉｕＱＺ等人［４０］研究了有无预退火处理对ＡｌＧａＮ／ＧａＮ样品上Ｔｉ／Ａｌ接触电阻的影响，预退火过的样品接触电阻明显要低于未预退火过的样品。

６结语

ＡｌＧａＮ／ＧａＮＨＥＭＴ欧姆接触的形成机理与很多因素有关。目前，大部分工作集中在合金欧姆接触机理研究上，主要存在两种机理［２０］，隧道接触和低势垒的肖特基接触。主要依据为：隧道接触：（ａ）Ｎ的外扩和由外扩导致的ｎ型重掺杂层的形成；（ｂ）在快速退火微结构分析中发现，消耗了部分ＡｌＧａＮ或ＧａＮ层，形成了氮化物，剩下的ＡｌＧａＮ层越薄接触电阻越小。低势垒的肖特基接触：（ａ）形成了中间带隙的氮化物等化合物，降低了接触的势垒；（ｂ）低势垒材料和沟道层的直接接触。

为了实现ＡｌＧａＮ／ＧａＮＨＥＭＴ上源和漏区的欧姆接触，虽然已用了很多方法并取得了很多成果，但仍存在一些问题，如机理问题、各种表面处理技术对２ＤＥＧ的影响问题和欧姆接触的可靠性问题等，仍需要不断地研究。

金属和半导体的接触

金属和半导体的接触 1金属和半导体接触及其能带图 金属和半导体的功函数 金属 1.金属中电子虽然能在金属中自由运动，但绝大多数所处的能级都低于体外能级。要使电子 从金属中逸出，必须有外加能量。所以金属内部的电子是在一个势阱中运动。 2.金属功函数的定义是真空中静止电子的能量E?与费米能级Ef能量之差。表示一个起始能量 等于费米能级的电子，由金属内部逸出到真空中所需要的最小能量。 3.功函数的大小标志着电子在金属中束缚的强弱。W越大，电子越难离开金属。 半导体 接触电势差 金属与（n型）半导体的接触 接触前

qФ为金属一边的势垒高度，qVd为半导体一边的势垒高度。 总结 当金属与n型半导体接触的时候，若Wm>Ws，能带向上弯曲，即可形成表面势垒，在势垒区中，空间电荷主要由电离施主形成，电子浓度比体内小得多，因此它是高阻域，常称为阻挡层；若是Ws>Wm，能带向下弯曲，此时电子浓度比体内高得多，因而是高电导区域，称为反阻挡层，它是很薄的，对金属和半导体接触电阻的影响很小。 p型半导体和金属接触时与n型半导体的相反。 空间电荷区电荷的积累 表面势的形成 造成能带的弯曲 表面态对接触势垒的影响 不同金属与同一半导体材料接触所形成的金属一侧的势垒高度相差不大，金属功函数对势垒高度没有多大影响。 表面能级 1.表面处存在一个距离价带顶为qФ?的能级，若电子正好填满qФ?以下的所有表面态时，表 面呈电中性；若qФ?以下的表面态空着时，表面带正电，呈现施主型；若qФ?以上的表面态被电子填空时，表面带负电，呈现受主型。对于大多数半导体，qФ?约为禁带宽度的三分之一。

2.假设一个n型半导体存在表面态。半导体费米能级Ef将高于qФ?，如果qФ?以上存在有受 主表面态，则在qФ?到Ef间的能级将基本被电子填满，表面带负电。如此，半导体表面附 近必定出现正电荷，成为正的空间电荷区，结果形成了电子的势垒，势垒高度qVD恰好使 得表面态上的负电荷与势垒区的正电荷数量相等，这里着重表明了势垒高度产生的第二层 原因。（第一层是金属与半导体接触） 3.当半导体的表面态密度很高的时候，Ws几乎与施主浓度无关。此时此刻，当D远大于原 子间距时，金属与半导体利用一根导线进行接触，同样有电子流向金属，但此时电子不是 来自于半导体体内，而是来自于受主表面态，若表面态密度很高，能放出足够多的电子， 则半导体势垒区的情形几乎不会发生变化。间隙D中的压降（Ws-Wm）/q，这时空间电荷 区的正电荷等于表面受主态上留下的负电荷与金属表面负电荷之和。当间隙D小到可以与 原子间距相比时，电子就可以自由地穿过它。 施主型 若能级被电子占据时呈电中性，释放电子后呈正电性，称为施主型表面态 受主型 能级空着的时候呈电中性，接受电子后呈负电性； 总结 当半导体表面态密度很高的时候，由于它可以屏蔽金属接触的影响，使半导体内的势垒高度 和金属功函数几乎无关，而基本上由半导体的表面性质所决定。 2金属半导体接触整流理论 定性分析 以n型半导体为例，表面势Vs < 0；半导体一侧的势垒高度即为qVD = - qVs。若此时，我们外加电压V于紧密接触的金属和半导体之间，由于阻挡层是高阻区域，因此电压主要降落在阻挡层上，势垒高度变为-q（Vs+V） V>0 若V > 0，则会导致（Vs + V）降低，便会导致半导体一侧势垒高度降低，这时，从半导体流到金属的电子便会增加，多于从金属流到半导体的电子，便会形成从金属流向半导体的正向 电流。外加电压越大，势垒下降越多，正向电流也就越大。 V<0 若V<0，则（Vs + V）增加，便会导致半导体一侧势垒高度升高，从半导体流到金属的电子 会减少，少于从金属流到半导体的电子，会形成从半导体流向金属的反向电流，又因为金属 的势垒高度基本不会受V的影响，由于金属一侧的电子要越过相当高的势垒才能到达半导体 中，所以反向电流是很小的值。随着电压的增大，势垒高度越来越高，从半导体流向金属的 电子可以忽略不计，反向电流渐渐趋于饱和值。

肖特基二极管的目前趋势

肖特基二极管的目前趋势 虽然肖特基二极管已经上市有几十年了，新的发展和产品却不断增强了它的特性并扩展了应用的可能性。除了太阳能电池板和汽车，它们现在也被用于笔记本电脑、智能手机和平板电脑的电池充电器。 早在1938年，德国物理学家Walter Schottky开发了金属-半导体接触的模型。与半导体-半导体接触相反，肖特基二极管由于材料组成的选择方式在半导体的界面上形成了一个耗尽区而因此具有势垒。这防止了低于特定功率阈值的电功率在金属和半导体之间流通。肖特基二极管因此比其他金属-半导体二极管(例如：表现出欧姆电阻行为的欧姆接触)为转移提供了更大的势垒。 由于这种特性，肖特基二极管主要用于以下两个领域： 1)整流，即在开关电源(开关模式电源，SMPS)或电源整流器内部的交流至直流转换，以及直流电压转换； 2)阻止直流电流和相反极性的直流的反向流动，例如当电池插入不正确时。 由于其较高的开关速度，肖特基二极管主要用于高达微波范围的高频应用。这也是由于它们的低饱和能力。因此它们通常在开关电源中以续流二极管或整流器二极管的形式用作降低感应电压的保护二极管，还可用作检测电路的解调器。 然而，并非所有的肖特基二极管都一样。例如，大多数硅用于高达250V的电压，而砷化镓、碳化硅或硅锗被用作阻断200至1700V电压的半导体材料。硅肖特基二极管具有大约0.4V的低阈值电压，工作电流较低时甚至低于0.1V。这远远低于电压约为1V的半导体-半导体结。肖特基二极管因此可以与硅双极晶体管的集电极基极结并联切换，以防止晶体管的饱和，并且使得晶体管能够显

著更快地切换到阻断状态。然而，它们具有比硅基半导体-半导体二极管更高的漏电流，并且在较高的阻断电压下快速导致高导通损耗。

半导体的欧姆接触

半导体的欧姆接触(2012-03-30 15:06:47)转载▼ 标签：杂谈分类：补充大脑 1、欧姆接触 欧姆接触是指这样的接触：一是它不产生明显的附加阻抗；二是不会使半导体内部的平衡载流子浓度发生显著的改变。 从理论上说，影响金属与半导体形成欧姆接触的主要因素有两个：金属、半导体的功函数和半导体的表面态密度。对于给定的半导体，从功函数对金属－半导体之间接触的影响来看，要形成欧姆接触，对于n型半导体，应该选择功函数小的金属，即满足Wm《Ws，使金属与半导体之间形成n型反阻挡层。而对于p型半导体，应该选择功函数大的金属与半导体形成接触，即满足Wm》Ws，使金属与半导体之间形成p型反阻挡层。但是由于表面态的影响，功函数对欧姆接触形成的影响减弱，对于n型半导体而言，即使Wm《Ws，金属与半导体之间还是不能形成性能良好的欧姆接触。 目前，在生产实际中，主要是利用隧道效应原理在半导体上制造欧姆接触。从功函数角度来考虑，金属与半导体要形成欧姆接触时，对于n型半导体，金属功函数要小于半导体的功函数，满足此条件的金属材料有Ti、In。对于p型半导体，金属功函数要大于半导体的功函数，满足此条件的金属材料有Cu、Ag、Pt、Ni。 2、一些常用物质的的功函数 物质Al Ti Pt In Ni Cu Ag Au 功函数4.3 3.95 5.35 3.7 4.5 4.4 4.4 5.20 3、举例 n型的GaN——先用磁控溅射在表面溅射上Ti/Al/Ti三层金属，然后在卤灯/硅片组成的快速退火装置上进行快速退火：先600摄氏度—后900摄氏度——形成欧姆接触； p型的CdZnTe——磁控溅射仪上用Cu－3％Ag合金靶材在材料表面溅射一层CuAg合金。 欧姆接触[编辑] 欧姆接触是半导体设备上具有线性并且对称的 果电流- 这些金属片通过光刻制程布局。低电阻，稳定接触的欧姆接触是影响集成电路性能和稳定性的关键因素。它们的制备和描绘是电路制造的主要工作。 目录 [隐藏] ? 1 理论 ? 2 实验特性 ? 3 欧姆接触的制备 ? 4 技术角度上重要的接触类型 ? 5 重要性 ? 6 参考资料

肖特基二极管简介

肖特基二极管 简介 肖特基二极管是以其发明人肖特基博士（Schottky）命名的，SBD是肖特基势垒二极管（SchottkyBarrierDiode,缩写成SBD）的简称。SBD不是利用P型半导体与N型半导体接触形成PN结原理制作的，而是利用金属与半导体接触形成的金属－半导体结原理制作的。因此，SBD也称为金属－半导体（接触）二极管或表面势垒二极管，它是一种热载流子二极管。 是近年来问世的低功耗、大电流、超高速半导体器件。其反向恢复时间极短（可以小到几纳秒），正向导通压降仅0.4V左右，而整流电流却可达到几千毫安。这些优良特性是快恢复二极管所无法比拟的。中、小功率肖特基整流二极管大多采用封装形式。 原理 肖特基二极管是贵金属（金、银、铝、铂等）A为正极，以N型半导体B为负极，利用二者接触面上形成的势垒具有整流特性而制成的金属-半导体器件。因为N 型半导体中存在着大量的电子，贵金属中仅有极少量的自由电子，所以电子便从浓度

高的B中向浓度低的A中扩散。显然，金属A中没有空穴，也就不存在空穴自A向B的扩散运动。随着电子不断从B扩散到A，B表面电子浓度逐渐降低，表面电中性被破坏，于是就形成势垒，其电场方向为B→A。但在该电场作用之下，A中的电子也会产生从A→B的漂移运动，从而消弱了由于扩散运动而形成的电场。当建立起一定宽度的空间电荷区后，电场引起的电子漂移运动和浓度不同引起的电子扩散运动达到相对的平衡，便形成了肖特基势垒。 典型的肖特基整流管的内部电路结构是以N型半导体为基片，在上面形成用砷作掺杂剂的N-外延层。阳极使用钼或铝等材料制成阻档层。用二氧化硅（SiO2）来消除边缘区域的电场，提高管子的耐压值。N型基片具有很小的通态电阻，其掺杂浓度较H-层要高100%倍。在基片下边形成N+阴极层，其作用是减小阴极的接触电阻。通过调整结构参数，N型基片和阳极金属之间便形成肖特基势垒，如图所示。当在肖特基势垒两端加上正向偏压（阳极金属接电源正极，N型基片接电源负极）时，肖特基势垒层变窄，其内阻变小；反之，若在肖特基势垒两端加上反向偏压时，肖特基势垒层则变宽，其内阻变大。 综上所述，肖特基整流管的结构原理与PN结整流管有很大的区别通常将PN结整流管称作结整流管，而把金属-半导管整流管叫作肖特基整流管，近年来，采用硅平面工艺制造的铝硅肖特基二极管也已问世，这不仅可节省贵金属，大幅度降低成本，还改善了参数的一致性。 优点 SBD具有开关频率高和正向压降低等优点，但其反向击穿电压比较低，大多不高于60V，最高仅约100V，以致于限制了其应用范围。像在开关电源（SMPS）和功率因数校正（PFC）电路中功率开关器件的续流二极管、变压器次级用100V以上的高频整流二极管、RCD缓冲器电路中用600V～1.2kV的高速二极管以及PFC升压用600V二极管等，只有使用快速恢复外延二极管（FRED）和超快速恢复二极管（UFRD）。目前UFRD的反向恢复时间Trr也在20ns以上，根本不能满足像空间站等领域用1MHz～3MHz的SMPS需要。即使是硬开关为100kHz的SMPS，由于UFRD的导通损耗和开关损耗均较大，壳温很高，需用较大的散热器，从而使SMPS 体积和重量增加，不符合小型化和轻薄化的发展趋势。因此，发展100V以上的高压SBD，一直是人们研究的课题和关注的热点。近几年，SBD已取得了突破性的进展，150V和200V的高压SBD已经上市，使用新型材料制作的超过1kV的SBD也研制成功，从而为其应用注入了新的生机与活力。 结构 新型高压SBD的结构和材料与传统SBD是有区别的。传统SBD是通过金属与半导体接触而构成。金属材料可选用铝、金、钼、镍和钛等，半导体通常为硅（Si）或砷化镓（GaAs）。由于电子比空穴迁移率大，为获得良好的频率特性，故选用N 型半导体材料作为基片。为了减小SBD的结电容，提高反向击穿电压，同时又不使串联电阻过大，通常是在N＋衬底上外延一高阻N－薄层。其结构示图如图1（a），图形符号和等效电路分别如图1（b）和图1（c）所示。在图1（c）中，CP是管壳

欧姆接触与肖特基接触

欧姆接触 欧姆接触是指金属与半导体的接触，而其接触面的电阻值远小于半导体本身的电阻，使得组件操作时，大部分的电压降在活动区(Active region)而不在接触面。欧姆接触在金属处理中应用广泛，实现的主要措施是在半导体表面层进行高掺杂或者引入大量复合中心。 欧姆接触指的是它不产生明显的附加阻抗，而且不会使半导体内部的平衡载流子浓度发生显著的改变。 条件 欲形成好的欧姆接触，有二个先决条件： （1）金属与半导体间有低的势垒高度(Barrier Height) （2）半导体有高浓度的杂质掺入(N ≧10EXP12 cm-3) 区别 前者可使界面电流中热激发部分(Thermionic Emission)增加;后者则使半导体耗尽区变窄，电子有更多的机会直接穿透(Tunneling)，而同时使Rc阻值降低。 若半导体不是硅晶，而是其它能量间隙(Energy Gap)较大的半导体(如GaAs)，则较难形成欧姆接触 (无适当的金属可用)，必须于半导体表面掺杂高浓度杂质，形成Metal-n+-n or Metal-p+-p等结构。 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工函数。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，电子将会从低工函一边流向另一边直到费米能级相平衡。从而，低工函的材料将带有少量正电荷而高工函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。 欧姆接触或肖特基势垒形成于金属与n型半导体相接触。 欧姆接触或肖特基势垒形成于金属与p型半导体相接触。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

肖特基接触与欧姆接触

欧姆接触 是指金属与半导体的接触，而其接触面的电阻值远小于半导体本身的电阻，使得组件操作时，大部分的电压降在活动区(Active region)而不在接触面。 欲形成好的欧姆接触，有二个先决条件： （1）金属与半导体间有低的势垒高度(Barrier Height) （2）半导体有高浓度的杂质掺入(N ≧10EXP12 cm-3) 前者可使界面电流中热激发部分(Thermionic Emission)增加;后者则使半导体耗尽区变窄，电子有更多的机会直接穿透(Tunneling)，而同时使Rc阻值降低。 若半导体不是硅晶，而是其它能量间隙(Energy Cap)较大的半导体(如GaAs)，则较难形成欧姆接触(无适当的金属可用)，必须于半导体表面掺杂高浓度杂质，形成Metal-n＋-n or Met al-p+-p等结构。 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工函。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，电子将会从低工函一边流向另一边直到费米能级相平衡。从而，低工函的材料将带有少量正电荷而高工函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。 欧姆接触或肖特基势垒形成于金属与n型半导体相接触。 欧姆接触或肖特基势垒形成于金属与p型半导体相接触。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: 在MKS单位制ρ 是净电荷密度而ε是介电常数。几何结构是一维的因为界面被假设为平面的。对方程作一次积分，我们得到 积分常数根据耗尽层定义为界面完全被屏蔽的长度。就有 其中V(0) = Vbi被用于调整剩下的积分常数。这一V(x)方程描述了插图右手边蓝色的断点曲线。耗尽宽度可以通过设置V(W) = 0来决定，结果为

肖特基接触与欧姆接触

欧姆接触是半导体设备上具有线性并且对称的电流-电压特性曲线（I-V curve）的区域。如果电流-电压特性曲线不是线性的，这种接触便叫做肖特基接触。 理论：任何相接触的固体的费米能级（化学势）必须相等，费米能级和真空能级的差值称为功函数，因而，接触的金属和半导体具有不同的功函数。当两种材料相接触的时候电子会从低功函数的的一端流向另一端直到费米能级平衡；从而低功函数的材料带有少量正电荷，高功涵的材料带有少量负电荷，最终得到的静电势称为内建场。内建场是导致半导体连接处能带弯曲的原因。 欧姆接触是指金属与半导体的接触，而其接触面的电阻值远小于半导体本身的电阻，使得组件操作时，大部分的电压降在活动区(Active region)而不在接触面。 欲形成好的欧姆接触，有二个先决条件： （1）金属与半导体间有低的势垒高度(Barrier Height)使界面电流中热激发部分(Thermionic Emission)增加 （2）半导体有高浓度的杂质掺入(N ≧10EXP12 cm-3) 使半导体耗尽区变窄，电子有更多的机会直接穿透(Tunneling)，而同时使Rc阻值降低。 若半导体不是硅晶，而是其它能量间隙(Energy Cap)较大的半导体(如GaAs)，则较难形成欧姆接触 (无适当的金属可用)，必须于半导体表面掺杂高浓度杂质，形成Metal-n＋-n or Metal-p+-p等结构。 肖特基接触是指金属和半导体材料相接触的时候，在界面处半导体的能带弯曲，形成肖特基势垒。势垒的存在才导致了大的界面电阻。与之对应的是欧姆接触，界面处势垒非常小或者是没有接触势垒。 理论：当半导体与金属接触的时候由于半导体的电子逸出功一般比金属小，电子就从半导体流入了金属，在半导体的表面层形成一个带正电不可移动的杂质离子组成的空间电荷区域。电场方向由半导体指向金属，阻止电子继续向金属中扩散。界面处半导体能带发生了弯曲，想成一个高势能区，这就是肖特基势垒。 肖特基势垒的高度是金属和半导体的逸出功的差值。

欧姆接触

1.1 金属-半导体接触的基本原理 金属-半导体接触（金半接触）是制作半导体器件中十分重要的问题，接触情况直接影响到器件的性能。从性质上可以将金属-半导体接触分为肖特基接触和欧姆接触。肖特基接触的特点是接触区的电流-电压特性是非线性的，呈现出二极管的特性，因而具有整流效应，所以肖特基接触又叫整流接触。欧姆接触的特点是不产生明显的附加阻抗，而且不会使半导体内部的平衡载流子浓度产生明显的改变。理想的欧姆接触的接触电阻与半导体器件相比应当很小，当有电流通过时，欧姆接触上的电压降应当远小于半导体器件本身的电压降，因而这种接触不会影响器件的电流-电压特性[1]。下面将从理论上对金属-半导体接触进行简要的分析。 1.2欧姆接触 本章1.1节中提到，当金属-半导体接触的接触区的I-V曲线是线性的，并且接触电阻相对于半导体体电阻可以忽略不计时，则可被定义为欧姆接触（ohmic contact）[1]。良好的欧姆接触并不会降低器件的性能，并且当有电流通过时产生的电压降比器件上的电压降还要小。 1.2.1欧姆接触的评价标准 良好的欧姆接触的评价标准是[4]： 1)接触电阻很低，以至于不会影响器件的欧姆特性，即不会影响器件I-V的线 性关系。对于器件电阻较高的情况下（例如LED器件等），可以允许有较大的接触电阻。但是目前随着器件小型化的发展，要求的接触电阻要更小。2)热稳定性要高，包括在器件加工过程和使用过程中的热稳定性。在热循环的 作用下，欧姆接触应该保持一个比较稳定的状态，即接触电阻的变化要小，尽可能地保持一个稳定的数值。 3)欧姆接触的表面质量要好，且金属电极的黏附强度要高。金属在半导体中的 水平扩散和垂直扩散的深度要尽可能浅，金属表面电阻也要足够低。

肖特基与欧姆接触

94學年度第二學期無機與有機光電半導體材料與元件-期末報告 The formation of Schottky and Ohmic contact in semiconductor 組員：蕭傑予、李鴻昌 一．Schottky contact: 1.Definition： Metal-semiconductor contact having a large barrier height and a low doping concentration. 2.整流介紹：以n-type半導體為例 equilibrium forward bias reverse bias 順偏有大量電子流從 n-type半導體流入metal 逆偏則兩邊的電子流都超小數學推導如下

二. Ohmic contact: 1.Definition ： Metal-Semiconductor contact that has a negligible contact resistance relative to the bulk or series resistance of the semiconductor. 2.Specific contact resistance ： (1)With low doping concentrations, thermionic emission dominates the current. []1-e kT q -exp(T *A J qV/kT Bn 2 n φ=? 由公式知ΦBn 越大Rc越大 ,但是在low doping concentrations可以看出和N D 無關 (2) With high concentrations, tunneling dominates the current. 由公式知ΦBn 越大Rc越大,N D 越大則Rc越小, 表示N D 越大tunneling current越大,導致Rc 變小

肖特基二极管

肖特基二极管 肖特基二极管是以其发明人肖特基博士（Schottky）命名的，SBD是肖特基势垒二极管（SchottkyBarrierDiode,缩写成SBD）的简称。SBD不是利用P型半导体与N型半导体接触形成PN结原理制作的，而是利用金属与半导体接触形成的金属－半导体结原理制作的。因此，SBD也称为金属－半导体（接触）二极管或表面势垒二极管，它是一种热载流子二极管。 简介 肖特基二极管是以其发明人肖特基博士（Schottky）命名的，SBD是肖特基势垒二极管 肖特基二极管结构原理图 （SchottkyBarrierDiode,缩写成SBD）的简称。SBD不是利用P型半导体与N型半导体接触形成PN结原理制作的，而是利用金属与半导体接触形成的金属－半导体结原理制作的。因此，SBD也称为金属－半导体（接触）二极管或表面势垒二极管，它是一种热载流子二极管。是近年来问世的低功耗、大电流、超高速半导体器件。其反向恢复时间极短（可以小到几纳秒），正向导通压降仅0.4V左右，而整流电流却可达到几千毫安。这些优良特性是快恢复二极管所无法比拟的。中、小功率肖特基整流二极管大多采用封装形式。 原理 肖特基二极管是贵金属（金、银、铝、铂等）A为正极，以N型半导体B为负极，利用二者接触面上形成的势垒具有整流特性而制成的金属-半导体器件。因为N型半导体中存在着大量的电子，贵金属中仅有极少量的自由电子，所以电子便从浓度高的B中向浓度低的A中扩散。显然，金属A中没有空穴，也就不存在空穴自A向B的扩散运动。随着电子不断从B扩散到A，B表面电子浓度逐渐降低，表面电中性被破坏，于是就形成势垒，其电场方向为B→A。但在该电场作用之下，A中的电子也会产生从A→B的漂移运动，从而消弱了由于扩散运动而形成的电场。当建立起一定宽度的空间电荷区后，电场引起的电子漂移运动和浓度不同引起的电子扩散运动达到相对的平衡，便形成了肖特基势垒。

肖特基接触与欧姆接触

欧姆接触是指金属与半导体的接触，而其接触面的电阻值远小于半导体本身的电 阻，使得组件操作时，大部分的电压降在活动区(Active region)而不在接触面。 欲形成好的欧姆接触，有二个先决条件： （1）金属与半导体间有低的势垒高度(Barrier Height) （2）半导体有高浓度的杂质掺入(N ≧10EXP12 cm-3) 前者可使界面电流中热激发部分(Thermionic Emission)增加;后者则使半导体耗尽区变窄，电子有更多的机会直接穿透(Tunneling)，而同时使Rc阻值降低。 若半导体不是硅晶，而是其它能量间隙(Energy Cap)较大的半导体(如GaAs)，则较难形成欧姆接触(无适当的金属可用)，必须于半导体表面掺杂高浓度杂质，形成Metal-n＋-n or Metal-p+-p等结构。 [编辑本段] 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工函。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，电子将会从低工函一边流向另一边直到费米能级相平衡。从而，低工函的材料将带有少量正电荷而高工函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。 欧姆接触或肖特基势垒形成于金属与n型半导体相接触。 欧姆接触或肖特基势垒形成于金属与p型半导体相接触。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E g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: 在MKS单位制ρ 是净电荷密度而ε是介电常数。几何结构是一维的因为界面被假设为平面的。对方程作一次积分，我们得到 积分常数根据耗尽层定义为界面完全被屏蔽的长度。就有 其中V(0) = Vbi被用于调整剩下的积分常数。这一V(x)方程描述了插图右手边蓝色的断点曲线。耗尽宽度可以通过设置V(W) = 0来决定，结果为

肖特基势垒和欧姆接触_孟庆忠

烟台师范学院学报(自然科学版)Yantai T eachers U niversity Journal (N atural Science ) 2000,16(2):153-156教学 研究 收稿日期:2000203218 作者简介:孟庆忠(1942—),男,教授,大学本科,从事电子技术基础理论研究. 肖特基势垒和欧姆接触 孟　庆　忠 (青岛大学师范学院物理系,山东青岛266071) 摘要:用能带结构的观点分析了金属和半导体相接触时的机理,并简要介绍了肖特基二极管的构造及应用. 关键词:肖特基势垒;欧姆接触;费米能级 中图分类号:TN 710.1 文献标识码:A 文章编号:100424930(2000)022******* P 型半导体和N 型半导体通过掺杂方式结合而成的PN 结,是一种比较复杂的半导体结构.这种结构的重要特征之一是在结的相邻两侧,两种载流子的分布具有不对称的特性,从而形成载流子的浓度梯度,结果使PN 结具有非线性的伏安特性.在制造半导体器件的过程中,除了有PN 结之外,还会遇到金属和半导体相接触的情况,这种接触(指其间距离只有几个埃)有时会在半导体表面形成载流子的积累层,从而表现出低阻特性,其伏安特性是线性的;有时会在半导体表面形成载流子的耗尽层(阻挡层),出现表面势垒,其伏安特性与PN 结相似,呈非线性状态.上述两种情况在实际应用中都有用到之处〔1〕,前者可用来作欧姆接触,后者可用来制作肖特基势垒二极管. 1　肖特基势垒 从能级的观点来看,要使金属或半导体中的电子脱离原子核的束缚成为体外自由电子,就必须做功.因为金属或半导体内的绝大多数电子都比体外电子处于较低的能级.物体对电子束缚的强弱决定于物体的性质和表面情况,我们称之为逸出功.显然,逸出功越大,电子越不容易离开物体.由半导体物理学知识可知,物体的逸出功等于体外静止电子的能量与该物体费米能级之差. 现以N 型半导体为例.如果N 型半导体的逸出功小于金属的逸出功,这种费米能级的差别意味着在金属内部和半导体导带相对应的那部分能级上,电子的密度要小于半导体导带的电子密度,因此当它们接触时,电子便从半导体向金属扩散,结果使金属带负电,半导体带正电.对于金属而言,负电荷只能分布在表面;而对于N 型半导体来说,施主杂质失去电子成为正离子,由于掺杂浓度有限,这些正离子必须分布在一定厚度的空间电荷区内,其间的载流子(电子)浓度几乎为零,因而形成了高阻的耗尽层,电荷分布如图1所

comsol案例——肖特基接触

肖特基接触 本篇模拟了由沉积在硅晶片上的钨触点制成的理想肖特基势垒二极管的行为。将从正向偏压下的模型获得的所得J-V（电流密度与施加电压）曲线与文献中发现的实验测量进行比较 介绍 当金属与半导体接触时，在接触处形成势垒。这主要是金属和半导体之间功函数差异的结果。在该模型中，理想的肖特基接触用于对简单的肖特基势垒二极管的行为进行建模。使用“理想”这个词意味着在这里，表面状态，图像力降低，隧道和扩散效在界面处计算半导体与金属之间传输的电流应被忽略。 注意，理想的肖特基接触的特征在于热离子电流，其主要取决于施加的金属- 半导体接触的偏压和势垒高度。这些接触通常发生在室温下掺杂浓度小于1×1016 cm-3的非简并半导体中。 模型定义 该模型模拟钨 - 半导体肖特基势垒二极管的行为。图1显示了建模设备的几何形状。它由n个掺杂的硅晶片（Nd = 1E16cm-3）组成，其上沉积有钨触点。该模型计算在正向偏压（0至0.25V）下获得的电流密度，并将所得到的J-V曲线与参考文献中给出的实验测量进行比较。该模型使用默认的硅材料属性以 及一个理想的势垒高度由下列因素定义： ΦB=Φm-χ0（1） 其中ΦB是势垒高度，Φm是金属功函数，χ0是半导体的电子亲和力。选择钨触点的功函数为 Φm = 4,72V （2） 其中势垒高度为ΦB= 0.67V。 结果与讨论 图2显示了使用我们的模型（实线）在正向偏压下获得的电流密度，并将其与参考文献中给出的实验测量进行比较ref. 1（圆）。

建模说明 从文件菜单中，选择新建NEW。 N E W 1在“新建”窗口中，单击“模型向导”。 MODEL WIZARD 1 在模型向导窗口，选择2D轴对称 22在选择物理树中，选择半导体>半导体（semi）。 3单击添加。 4点击研究。 5在“选择”树中，选择“预设研究”>“稳态”。 6单击完成。 D E F I N I T I O N S 参数 1在“模型”工具栏上，单击“参数”。 2在“参数”的“设置”窗口中，找到“参数”部分。3在表格中，输入以下设置： 选择um做长度单位

肖特基势垒二极管知多少_2317

肖特基势垒二极管知多少_2317 肖特基势垒二极管知多少 金属-半导体(MS)结，是众所周知的最普通的“肖特基势垒二极管 ”，有时，它被称为“表面势垒二极管”。由于在界面处能带不连续，注入的载流子具有过高的能量，该结构也被称为“热载流子二极管 ”或“热电子二极管”。MS结也是许多其它器件应用的有效器件结构。特殊类型的MS结是“欧姆接触”，半导体是重掺杂。显然，欧姆接触是每一种半导体器件都需要的，因为最终的导体总是金属。 金属-半导体系统是早期的半导体器件之一，其器件的应用可以追溯到1900年以前。在半导体表面由空间电荷产生势垒，是1938年肖特基和莫特独自实现的。 早期类型的肖特基势垒二极管是“点接触”形式，在点接触的位置，将金属线压焊在干净的金属表面上，金属线曾被称为猫的胡须。(点接触具有肖特基势垒特性或p-n结特性，取决于形成工艺)。这种结构不可靠，也不能重复加工，后来被真空淀积金属取代。对硅衬底，在金属的位置，可以使用金属性硅化物。 制作肖特基势垒二极管的关键工艺步骤，是准备干净的表面，用于金属的紧密接触。在制作中，采用化学方法，将表面清洗干净。实验者也要检测分开的表面，并采用真空反溅射方法清洗。通常，采用蒸发或溅射方法，在真空中淀积金属。化学淀积方法正得到普及，特别是难熔金属得到更多应用。电镀方法也有应用，但是溶液的粘污不易得到控制。硅衬底上的硅化物，通常是采用金属淀积制得，接着进行加热处理以形成硅化物。这种系统可能是最理想的，因为其反应将消耗硅，而硅化物和半导体界面将从原来表面向下扩展。肖特基势垒的优点之一是低温工艺，不需要杂质扩散过程中的高温工艺步骤，也可避免离子注入后的杂质激活。