10.8 : Uniones metal-semiconductores

El contacto del metal y el semiconductor puede conducir a la formación de una unión con comportamiento Schottky u Óhmico.

Barreras Schottky

Las barreras Schottky surgen cuando un metal con una función de trabajo (Φ_m) entra en contacto con un semiconductor con una función de trabajo diferente (Φ_s). Inicialmente, los electrones se transfieren hasta que los niveles de Fermi del metal y el semiconductor se alinean en equilibrio. Por ejemplo, si Φ_m > Φ_s, el nivel de Fermi del semiconductor es más alto que el del metal antes del contacto. El potencial electrostático del semiconductor debe elevarse para alinear los niveles de Fermi, lo que da como resultado una región de agotamiento donde las cargas positivas de los iones donantes no compensados ​​equilibran la carga negativa del metal. El ancho de agotamiento en el semiconductor se puede calcular de manera similar al de las uniones p-n.

El potencial de contacto de equilibrio (V_o) evita una mayor difusión de electrones desde la banda de conducción del semiconductor hacia el metal. Este potencial es la diferencia en los potenciales de la función de trabajo (Φ_m - Φ_s). La altura de la barrera potencial (Φ_B) para la inyección de electrones desde el metal hacia la banda de conducción del semiconductor está dada por Φ_m - χ, donde χ es la afinidad electrónica.

Contactos óhmicos

En muchas aplicaciones, como los circuitos integrados, es crucial tener contactos óhmicos de semiconductores metálicos con una característica I-V lineal en ambas direcciones de polarización. Los contactos óhmicos se forman cuando la carga inducida en el semiconductor para alinear los niveles de Fermi es proporcionada por portadores mayoritarios. Por ejemplo, en un semiconductor tipo n donde Φ_m < Φ_s, los electrones se transfieren del metal al semiconductor para alinear los niveles de Fermi, lo que aumenta las energías electrónicas del semiconductor. Esto da como resultado una pequeña barrera al flujo de electrones, que se supera fácilmente con un voltaje pequeño. De manera similar, para semiconductores tipo p donde Φ_m > Φ_s, se facilita el flujo de huecos a través de la unión, lo que garantiza una resistencia mínima y ninguna rectificación de señal.