10.8 : Złącza metal-półprzewodnik

Kontakt metalu i półprzewodnika może prowadzić do powstania złącza o zachowaniu Schottky'ego lub złącza omowego.

Bariera Schottky’ego

Bariery Schottky'ego powstają, gdy metal o funkcji pracy (Φ_m) styka się z półprzewodnikiem o innej funkcji pracy (Φ_s). Początkowo elektrony przenoszą się, aż poziomy Fermiego metalu i półprzewodnika zrównają się w równowadze. Na przykład, jeśli Φ_m > Φ_s, poziom Fermiego w półprzewodniku jest wyższy niż poziom metalu przed kontaktem. Potencjał elektrostatyczny półprzewodnika musi zostać podniesiony, aby wyrównać poziomy Fermiego, co skutkuje powstaniem obszaru zubożenia, w którym ładunki dodatnie z nieskompensowanych jonów donorowych równoważą ładunek ujemny metalu. Szerokość zubożenia w półprzewodniku można obliczyć podobnie jak w złączach p-n.

Równowagowy potencjał kontaktowy (V_o) zapobiega dalszej dyfuzji elektronów z pasma przewodnictwa półprzewodnika do metalu. Potencjał ten jest różnicą potencjałów funkcji pracy (Φ_m - Φ_s). Wysokość bariery potencjału (Φ_B) dla wtryskiwania elektronów z metalu do pasma przewodnictwa półprzewodnika jest określona wzorem Φ_m - χ, gdzie χ jest powinowactwem elektronowym.

Złącza omowe

W wielu zastosowaniach, takich jak obwody scalone, istotne jest posiadanie omowych styków metal-półprzewodnik o liniowej charakterystyce IV w obu kierunkach polaryzacji. Złącza omowe powstają, gdy ładunek indukowany w półprzewodniku w celu wyrównania poziomów Fermiego jest dostarczany przez nośniki większościowe. Na przykład w półprzewodniku typu n, w którym Φ_m < Φ_s, elektrony przenoszą się z metalu na półprzewodnik, aby wyrównać poziomy Fermiego, podnosząc energię elektronów półprzewodnika. Powoduje to powstanie małej bariery dla przepływu elektronów, którą można łatwo pokonać niewielkim napięciem. Podobnie w przypadku półprzewodników typu p, gdzie Φ_m > Φ_s, ułatwiony jest przepływ dziur przez złącze, zapewniając minimalny opór i brak prostowania sygnału.