Зи - Физика полупроводниковых приборов том 1 (989591), страница 48
Текст из файла (страница 48)
В табл. 3 приведены результаты измерений [39 — 411 высоты барьера Шоттки на ряде полупроводников. Они получены на барьерах, изготовленных напылением сверхчистых металлов в системах с высоким вакуумом на сколотую или химически очищенную поверхность полупроводника. Как и следовало ожидать, наиболее изученными являются контакты к кремнию и баАз. Из металлов чаще всего используют золото, алюминий и платину. Результаты измерений высоты барьеров в системах силицид металла — кремний и-типа приведены в табл. 4 [42 — 43а1.
Высота энергетического барьера обычно очень чувствительна к-термаобработке образца до и после напыления [44 1. На рис. 33 показана зависимость высоты барьера в диодах на основе 8| и баАз а-типа, измеренной при комнатной температуре, от температуры отжига. Высота барьера в диоде Р1 — 51 составляет 0,9 В. После отжига при 300'С и выше на поверхности раздела образуется силицид Рг$1 [45), что приводит к уменьшению до 0,85 В. В диодах Рт — баАз на поверхности раздела после отжига образуется Р[Аз, и высота барьера увеличивается с 0,84 до 0,87 В [461. При отжиге диода А[ — Ы выше 450'С высота Таблица 4. Характеристики барьеров силицид металла — кремний п-типа Температура образования, Ос ' Температура плавления, 'С Силипил металла чв, в Структура На чистой поверхности может быть ( 700' С.
Со51 Со51в Сг51 а Н 151 1г5> Мп5! Мпо51гв Мо51з 1ч1з51 1415> 1ч>Жв Рдз51 Р151 КЫ! Та51 в Т15> и %81,, Ег51. 0,68 0,64 0,57 0,53 0,93 0,76 0,72 0,55 0,7 — 0,75 0,66 — 0,75 0,7 0,72 — 0,75 0,84 0,69 0,59 0,60 0,65 0,55 Кубическая Гексагональная Орторомбическая Кубическая Тетрагональная » Орторомбическая » Кубическая Гексагональная Орторомбическая Кубическая Гексагональная Орторомбическая Тетрагональная Орторомбическая 400 450 450 550 300 400 800 т 1000 т 200 400 800 т 200 300 300 750 т 650 650 600 1460 1326 1475 2200 1275 1145 1980 1318 992 993 1330 1229 2200 1540 2150 !520 Глава 6 б,б бб б Люб 4бб ббб ббб 7ббб /ЛЮ Теыперап~ура елтжига, %' Рнс. 33. Высота барьера в диодах Шоттки на основе Я и баЛа и-типа при 300 К после отжита при различных температурах. барьера начинает увеличиваться 1471, что происходит, вероятнее всего, вследствие диффузии Я в А1 (рис.
27). В диодах % — Я высота барьера остается постоянной вплоть до температур отжига, превышающих 1000'С, после чего образуется %51а 148). 5,5.3. Регулирование высоты барьера Высота обычного барьера Шоттки в основном определяется свойствами металла и поверхности раздела металл †полупроводник н почти не зависит от степени легирования, Поэтому на заданном полупроводнике (обычно Я и- и р-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) 149 — 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 и-типа с тонким п'- или р'-слоем, служагцим соответственно для уменьшения и увеличения высоты барьера. Рассмотрим сначала случай уменьшения барьера. Рас- Контакты металл — полупроводпип пределение псаая (рис. 34, б) при этом определяется выраже- нием 8*= — д' +ут,х~в, при О:.х а, ~= — ~"' (В' — х) при а(х мяу, е, где д' — максимальная величина электрического поля, которая достигается на границе раздела металл — полупроводник и равна е (ага + па (Иу а)]. (88) Вызванное этим полем понижение высоты потенциального барьера из-за силы изображения есть Л(р = у' дР /4лв,.
(89» умгюшеиле ее Л' — ~У Яеличение ъ д' ~яе УР дгел у,оИаоиак о Рис. 34. Идеализированные зонные диаграммы контактов к полупроводнику и-типа с тонкими и+- нли р+-слоями, служащими соответственно для уменьшения и увеличения высоты барьера. Глава а Для барьера Шоттки на Я и баАз с п, = 10'вгсм' и меньше величина п2 (11" — а) при нулевом смещении составляет 10'ггсм'.
Поэтому если п,а существенно больше 10" см '-, то из выражений (88) и (89) имеем д рд япгй/ев Л(~ (90), (91) Эффектггвная высота такого барьера равна гг р,~2 Ч'гг = 'Гв+ 1~ А Если Рг )) п~ и ггр, З гг~К, то выражение (93) стремится к <гв + + дргаЧе, При этом с ростом р,а будет увеличиваться эффективная высота барьера. ПРи пга = 10" и п,а == 10~в см ' баРьеР понижаетсЯ соответственно на 0,045 и 0,14 В.
Хотя использование и'-слоя приводит к понижению высоты барьера, наиболее важными в таких структурах обычно становятся эффекты туннелирования, Из выражения (90) следует, что при гг,а = 10'" см ' поле д' равно 1,6 10' В/см. Такое поле возникает в диоде Ап — 81 с концентрацией примесей 10" см ' при нулевом смещении.
Из рис.. 11, а видно, что плотность тока насыщения этого диода составляет 10 ' А/см'. Такая плотность тока соответствует высоте барьера 0,6 В (рис. 23), т, е. на 0,2 В меньше высоты барьера в низколегированном диоде Аи — 8|, где она равна 0,8 В. Расчетные зависимости эффективной высоты барьеров на Я 'и СгаАз от д', приведены на рис. 35 1521. Увеличивая поле д',„от 10" до 10' В!см, можно уменьшить эффективную высоту барьера на 0,2 В в кремнии и более чем на 0,3 В в баАз. Выбирая параметры пг и гг, необходимо следить за тем, чтобы при прямом смещении сильное понижение барьера и дополнительный туннельный ток существенно не увеличили фактор неидеальности и.
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 п-типа с поверхностным слоем р'-типа. Можно показать, что при х =- 0 потенциальная энергия электрона в полупроводнике равна ггч.гг и достигает максимума при х = Л, где 1 Л = — 1ггрг — (К вЂ” а) и,). (92) Рг Контакты металл — полупроводник Рис.
35, Расчетные значения висимости от поля д',„ 1521. 1~2 0 Г 1 д' д Л? /л lй~~ Поде~хмссп~ная канценп~ааиия ичпланти~абанных агомад мышьяка, см л Рис, 36. Зависимость эффективной высоты энергетического барьера для дырок в подложке р-типа и для электронов в подложке и-типа от имплантированной дозы мышьяка ~521. ~~ Р Х ~Я ~ ~Од ~ф ~~ Р7 ~~ РВ Ь, 7 07 Ь П,Б Ь ПХ и,"' а а,7 Ч~ У Ф Е д 7 У У 6' Фщ, Л7~Н/см эффективной высоты барьеров иа 51 и баАз в за- На рис. 36 приведены результаты измерения высоты барьера в диоде М вЂ” Ь~ с тонким поверхностным слоем, полученным нмплантацией мышьяка 1521.
Видно, что по мере увеличения дозы имплантации эффективная высота барьера в диоде с подложкой р-типа увеличивается„а в диоде с подложкой и-типа уменьшается. 5.6. стпукту~ы пгиьоР0в Как уже говорилось выше, свойства диода Шоттки во многом сходны со свойствами резкого несимметричного р — п-перехода. Однако, поскольку перенос заряда здесь осуществляется основными носителями, быстродействие диодов Шоттки значительно выше.
Отсюда следует, что диоды И1оттки в принципе могут выполнять почти все функции диодов с р — и-переходами. Исключение составляют лишь р — и-диоды с накоплением заряда, поскольку в приборах, работающих' на основных носителях, время накопления чрезвычайно мало. В этом разделе мы рассмотрим различные структуры с барьерами Шоттки и области их применения. Первыми диодными структурами были точечно-контактные выпрямители, которые изготавливались путем контакта к поверхности полупроводника заостренного металлического проводника. Контакт может быть создан либо механически, либо с помощью электрического разряда, в результате которого возникает небольшой сплавной р — и- переход.
Точечно-контактный выпрямитель имеет обычно плохие прямые и обратные вольт-амперные характеристики по сравнению с планарным диодом Шоттки. Кроме того, эти характеристики непредсказуемы теоретически, поскольку трудно учесть и проконтролировагь такие параметры, как давление проводника, площадь контакта, структура кристалла, состояние поверхности, химический состав проводника, тепловой режим образования контакта. Преимуществом точечно-контактного выпрямителя является маленькая площадь и, следовательно, очень маленькая емкость, что весьма желательно при использовании в СВЧ-технике.
К недостаткам такого выпрямителя относятся: болыпое сопротивление растекания (Рз — — р!2пг„, где г„— радиус полусферического точечного контакта); большой ток утечки, возникающий в основном вследствие влияния поверхности и приводящий к ухудшению коэффициента выпрямления; плавные предпробойцые характеристики, обусловленные концентрацией силовых линий поля под контактом. В настоящее время большинство диодов Шоттки изготовляется методами планарной технологии, такими, как термическое испарение, химическое разложение, электронно-лучевая бомбардировка, распыление, нанесение металлов анодированием. При этом Контакты металл — полупроводник поверхность полупроводника предварительно обрабатывается такими методами, как химическое травление, полировка, скол в вакууме, тепловая обработка, ионная бомбардировка.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
