Физика полупроводниковых приборов Книга 1 - Зи С.
Скачать (прямая ссылка):
TaSi2 0,59 Гексагональная 750 1 2200
TiSu 0,60 Орторомбическая 650 1540
WSL 0,65 Тетрагональная 650 2150
ZrSii 0,55 Орторомбическая 600 1520
1 На чистой поверхности может быть < 700е С.
306
Глава 5
0,9
<0
I
\0,8
4j
<1
0 0,7
1 <i "Cl
0,6
PtAsz ~Ga/1s
/ \ PtSi-SL / '-О-о о-' Pf-GaAs : { " St-Si 1 [- IWSifSi
-О-О
IV- Si
\ 1 1 1 ! 1
0,9
0,8
0 ZOO 400 600 800 WOO 1Z00
Температура отжига, °C
0,7
0,6
Рис. 33. Высота барьера в диодах Шоттки на основе Si и GaAs n-типа при
300 К после отжига при различных температурах.
барьера начинает увеличиваться [47 ], что происходит, вероятнее всего,
вследствие диффузии Si в А1 (рис. 27). В диодах W-Si высота барьера
остается постоянной вплоть до температур отжига, превышающих 1000 °С,
после чего образуется WSi2 [48].
5.5.3. Регулирование высоты барьера
Высота обычного барьера Шоттки в основном определяется свойствами металла
и поверхности раздела металл-полупроводник и почти не зависит от степени
легирования. Поэтому на заданном полупроводнике (обычно Si п- и p-типа)
можно получить лишь конечный набор высот барьеров Шоттки (табл. 3 и 4).
Варьировать высоту потенциального барьера при контакте заданных
материалов можно путем создания на поверхности полупроводника тонкого (--
100 А и меньше) слоя с другой концентрацией легирующей примеси (такие
слои можно создавать, например, ионной имплантацией) [49-51]. Этот способ
используется, в частности, в том случае, когда выбор металла обусловлен
его металлургическими свойствами.
На рис. 34, в показаны идеализированные зонные диаграммы контактов к
полупроводнику /г-типа с тонким п+- или /?+-слоем, служащим
соответственно для уменьшения и увеличения высоты барьера. Рассмотрим
сначала случай уменьшения барьера. Рас-
Контакты металл - полупроводник
307
пределение под я (рис. 34, б) при этом определяется выражением
S' - - ё'т -f - qntx!es при О С х <С а,
ЯП2
&= -.VbfW-x) при a<x<Wt
6s
(87)
где %>т - максимальная величина электрического поля, которая достигается
на границе раздела металл-полупроводник и равна
" [пга + Щ (W - а)). (88)
<Г
Вызванное этим полем понижение высоты потенциального барьера из-за силы
изображения есть
Дф=|/ qS'm/ims,
Уменьшение
Ч-Ъг
ifn;
n.z
?з
ff
а'
jU
W
1 а | W
1^/771 /
1 К
$Л?в Ес
Металл Полупроводник
а
Увеличение
6
Металл
W
Полупроводник
(89)
Рис. 34. Идеализированные зонные диаграммы контактов к полупроводнику ft-
тнпа с тонкими п+- или р+-слоями, служащими соответственно для уменьшения
и увеличения высоты барьера.
308
Глава 5
Для барьера Шоттки на Si и GaAs с я2 - 1016/см3 и меньше величина пг (W -
а) при нулевом смещении составляет ~10п/см2. Поэтому если пха существенно
больше 1011 см--, то из выражений (88) и (89) имеем
S'm~qn1a/zs, Дср~ ]/(90), (91)
При пга = 1012и пха ~ 101зсм 2 барьер понижается соответственно на 0,045
и 0,14 В.
Хотя использование п+-слоя приводит к понижению высоты барьера, наиболее
важными в таких структурах обычно становятся эффекты туннелирования. Из
выражения (90) следует, что при П\а = 1013 см~2 поле <gm равно 1,6-10(r)
В/см. Такое поле возникает в диоде Au-Si с концентрацией примесей 1019
см"3 при нулевом смещении. Из рис. 11, а видно, что плотность тока
насыщения этого диода составляет ~10-3 А/см2. Такая плотность тока
соответствует высоте барьера 0,6 В (рис. 23), т. е. на 0,2 В меньше
высоты барьера в низколегированном диоде Au-Si, где она равна 0,8 В.
Расчетные зависимости эффективной высоты барьеров на Si и GaAs от &т
приведены на рис. 35 [52]. Увеличивая поле &т от 105 до 106 В/см, можно
уменьшить эффективную высоту барьера на 0,2 В в кремнии и более чем на
0,3 В в GaAs.
Выбирая параметры пг и а, необходимо следить за тем, чтобы при прямом
смещении сильное понижение барьера и дополнительный туннельный ток
существенно не увеличили фактор неиде-альности п. При обратном смещении в
обычно используемом интервале напряжений эти эффекты не приводят к
большим токам утечки.
Если на поверхности полупроводника сформирован тонкий слой с
противоположным типом легирования, то эффективная высота барьера может
увеличиться. На рис. 34, а показан профиль легирования полупроводника /г-
типа с поверхностным слоем р+-типа. Можно показать, что при х = 0
потенциальная энергия электрона в полупроводнике равна дц>в и достигает
максимума при х - Д, где
Д = [арг - (W - а) п2]. (92)
Эффективная высота такого барьера равна
фв = фв ~~Ь пЛ ^2es *
Если рх > и api > n2W, то выражение (93) стремится к фв + -f qpia^!es.
При этом с ростом pjx будет увеличиваться эффективная высота барьера.
Контакты металл - полупроводник
309
12 3 4 5 6 7 8 3 10
<5/77" № s В/см
Рис. 35. Расчетные значения эффективной высоты барьеров на Si и GaAs в
за* виси мости от поля &т [52].
Рис. 36. Зависимость эффективной высоты энергетического барьера для дырок
в подложке p-типа и для электронов в подложке я-типа от имплантированной
дозы мышьяка [52].
зю
Глава 5
