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
三. Manufacture:
1. Schottky contact
因元件的表面會有表面能態(surface state)密度累積電荷的緣故而產生空乏區，這種空乏區稱為表面空乏區。

由於表面空乏區的存在，使得電子所能流通的電阻增加或電流減少等不佳的效果。

為了避免這種情況的發生，採用閘極掘入的方式，使電晶體能在已掘入之閘極下面的真正主動區工作，以求將表面空乏區的影響減少至最低。

掘入製程主要是用濕蝕刻的方式來進行；最後再鍍上金屬閘極即完成Schottky contact 的製作。

Surface states ：Because of the abrupt discontinuity of the lattice structure at the surface, a large number of localized energy states or
generation-recombination center may be introduced at the surface region.
2. Ohmic contact
Ohmic contact 是指沒有整流效應的低電阻金屬/半導體接觸。

理論上來講，只要選擇金屬功函數小於N 型半導體功函數(Φm ＜Φs)或大於P 型半導體的做毆姆接觸電下能障高度低的情況，在室溫下就會有足夠的載子可以從半導金屬到半導體，這樣的接觸整流效應極小。

一般而言金屬與Band bend
，並且能障寬度也會減薄到使z 功函數(Φm ＞Φs) ，就可以製作出歐姆接觸。

但實際上金屬/半導體的能障高度受半導體表面複雜的影響(dangling bonds 、surface states) ，並且極的材料導電性要好，易於焊接，最好是跟半導體一樣有良好的黏附作用。

以介紹兩種方式來改善這問題：
1. 低能障接觸→體到金屬或由P 型半導體的接觸能障高度比較低。

2. 高掺雜接觸→在半導體表面如果先用擴散或合金等方法，掺入高濃度的Donor 或Acceptor ，構成金屬/N+/N 半導體或金屬/P+/P 半導體結構，便可形成高摻雜接觸。

這種高摻雜接觸在正向電壓時 ，流進金屬/N+/N 半導體是電子電流，這時阻抗很小。

在反向電壓時，雖然存在能障，但因為高摻雜的N+層濃度極高，因而會有電子穿遂的機率顯著的不等於零，電子就會容易穿遂進入至金屬內。

所以
能障在此並不阻擋電子從半導體進入金屬內，因此反向的阻抗就會大幅減
Transmission Line Model, TLM.）量測法。

所謂傳輸線模型(TLM.)之理論，即等效電的平少，即可造成低阻抗接觸。

此法亦為目前最被廣用的方式。

如下圖所示。

四. T he measure method of Specific contact resistance:
接觸電阻R C ，此值的大小除了和金屬與半導體種類及製程方式有關外，也與金屬半導體間〝接觸面積〞的大小成一反比關係，因此，我們無法以R C 值來客觀評估歐姆接面的好壞。

於是，引入另一特徵接觸電阻(specific contact resistance)值ρC ，來作為評斷歐姆接面之電特性表現的標準。

一般常用傳輸線模型
（是把電流在金屬與半導體接面、及其下所通過的路徑，看成一個傳輸線的路模型，一般而言，是先將材料上蝕刻出一條一條寬度與接觸面寬度一樣臺，以便將電流侷限到只剩下一維(1-D)的活動方向，以屏除面積的變因。

2T SH c L R ×=ρ
經簡化過可得
R T ：各個相同的平面型金屬接觸（長d c ：兩接觸面的接觸電阻
：電流密度由最大值衰減到其值的1/e 時，的這段距離 ：兩接觸面的間距
SH ：可以由R T -L 函數的斜率得到
寬 w ）兩者之間的總電阻 R L T L
R
五 c contact
o . Ohmi V .S Sch ttky contact:
但由於有機半導體受surface state 影響很大
Bp =E g -(q Фm -q χ) chottky: .選取 barrier height 小的
I-V relation
(MESFET)
左圖為MESFET 結構，MESFET 的
ce 和drain 都是ohmic contact ，但 t ，和 MOSFET 比較，MESFET 沒有 gate oxidation (金屬直接在半導體上面)，而 是 以n-type 無機半導體為例，要做ohmic contact 時, 要找小的work function 的metal,, 找work function 小的metal 未必可以做成好的ohmi c。

q ФBn =(q Фm -q χ) q Ф
Ohmic: 1.選取 barrier height 大的
2.或是把semiconductor high doping
S 1
六cation . Appli sour 在gate 端是用schottky contac 且MESFET 半導體全部都是同一個
type ，但是MOSFET source 和 drain 同一種type ，而gate 是另一種type 。

以n-type semiconductor 為例
在有電流，所以稱為Normally ON ， 隨著V G 往負走，因為反向偏壓，空乏區(b 開空為乏大需(b)之缺點為metal-semiconductor 在順偏 較大的電流流過，由於此元件是希望不之間，才在gate 做成schottky contac
半導係，而Ohmic contact 則可以被探討接電阻；這兩種特性在一般製造上很容易被應用到，整流可控制電流容許之流通向，接觸電阻則可控制元件的效益。

然而製程與實際應用上還是有可以改善之
. Reference:
ects on CMOS Logic, R. Jacob Baker DEVICES, MICHAEL SHUR 場效電晶體中P 型埋藏層之效應，武良文 (a)圖為一個Normally ON 的MESFET ，一開始metal-semiconductor 之間存空乏區，但未把通道佔滿，在未加電壓時(V G = 0V)，只要V DS 有電壓差，即變大，所以電流較低。

為一個Normally OFF 的MESFET ，一始V G 沒加電壓，半導體和金屬之間的乏區佔據了全部的channel ，所以稱Normally OFF ，隨著電壓往正走，空區變小，導致channel 變大，電流變。

要正電源，負電源。

操作，會使metal-semiconductor 有比 要有電流流經過metal-semiconductor t 。

(a)之缺點為電壓可以有正有負的操作，七. Conclusion:
體之中，其與各接觸層的接面關係有很大的影響。

對於金屬/半導體的接面關Schottky contact 可被拿來使用在整流上，
觸方處，在此只對基本問題加以簡介與探討。

八1.Semiconductor Devices Physics and Technology, S. M. Sze, 2nd edition
2.Mental/Semiconductor and Semiconductor Heterojunctions, Ching-Sung Lee
3.Mental-semiconductor contact, J. B. Lee
4.Schottky Diode RF Detectors an RF Pulse Eff
5.PHYSICS OF SEMICONDUCTOR
6.砷化鎵金屬半導體
7.P-型氮化鎵歐姆接觸製作研究，黃宏基。