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10.8 : 금속-반도체 접합

금속과 반도체의 접촉은 쇼트키 또는 옴 거동을 갖는 접합을 형성할 수 있습니다.

쇼트키 장벽

쇼트키 장벽은 일함수(Φ_m)를 갖는 금속이 다른 일함수(Φ_s)를 갖는 반도체와 접촉할 때 발생합니다. 처음에는 금속과 반도체의 페르미 준위가 평형을 이룰 때까지 전자가 이동합니다. 예를 들어, Φ_m > Φ_s이면 반도체 페르미 레벨은 접촉 전 금속의 페르미 레벨보다 높습니다. 페르미 준위를 정렬하려면 반도체의 정전기 전위를 높여야 하며, 이로 인해 보상되지 않은 도너 이온의 양전하가 금속의 음전하와 균형을 이루는 공핍 영역이 발생합니다. 반도체의 공핍 폭은 p-n 접합의 공핍 폭과 유사하게 계산할 수 있습니다.

평형 접촉 전위(V_o)는 반도체 전도대에서 금속으로 전자가 추가로 확산되는 것을 방지합니다. 이 전위는 일함수 전위(Φ_m - Φ_s)의 차이입니다. 금속에서 반도체 전도대로 전자를 주입하기 위한 전위 장벽 높이(Φ_B)는 Φ_m - χ로 지정됩니다. 여기서 χ는 전자 친화도입니다.

저항 접점

집적 회로와 같은 많은 응용 분야에서는 양쪽 바이어스 방향에서 선형 I-V 특성을 갖는 오믹 금속-반도체 접점을 갖는 것이 중요합니다. 옴 접촉은 페르미 준위를 정렬하기 위해 반도체에 유도된 전하가 다수 캐리어에 의해 제공될 때 형성됩니다. 예를 들어, Φ_m < Φ_s인 n형 반도체에서는 전자가 금속에서 반도체로 이동하여 페르미 준위를 정렬하여 반도체의 전자 에너지를 높입니다. 이로 인해 전자 흐름에 대한 작은 장벽이 생기고 작은 전압으로 쉽게 극복됩니다. 마찬가지로, Φ_m > Φ_s인 p형 반도체의 경우 접합을 가로지르는 정공 흐름이 촉진되어 저항이 최소화되고 신호 정류가 발생하지 않습니다.

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Metal Semiconductor JunctionsSchottky BarriersOhmic ContactsWork FunctionFermi LevelsElectron DiffusionDepletion RegionEquilibrium Contact PotentialPotential Barrier HeightI V CharacteristicN type SemiconductorP type SemiconductorElectron AffinityMajority Carriers

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