Зи - Физика полупроводниковых приборов том 1 (989591), страница 49
Текст из файла (страница 49)
Большинство контактов металл — полупроводник создается в вакуумных системах !53!. Одним из наиболее важных параметров, характеризующих вакуумное напыление, является давление насыщенных паров, определяемое как давление, при котором твердое тело или жидкость находится в равновесии с собственным паром. Зависимость давления насыщенных паров от температуры 1541для наиболее часто используемых элементов приведена на рис. 37.
~Диод с малой площадью контакта (рис. 38, а) изготавливают методами планарной технологии на эпитаксиальном слое п-типа, образованном на подложке п'-типа, и обычно используют как СВЧ-детектор !55]. Для получения диода с хорошими характеристиками нужно минимизировать его последовательное сопротивление и емкость. ! Сопротивление контакта Я, можно получить, используя выражен ие (53): дГ пО' йу — = — =ч — И д!Л,' (94) где А, — площадь контакта.
Типичная экспериментальная зависимость И, от У для диодов Ап — Ы и Аи — баАз и соответствующая зависимость для кремниевого точечно-контактного диода, рассмотренного выше, приведены на рис, 39, Отметим, что при больших прямых смещениях сопротивление прибора не уменьшается до нуля, как это следует из выражения (94), а принимает постоянное значение, которое является последовательным сопротивлением Яз, определяемым по формуле (рис. 13) х, Рэ = — „~ р (х) е!х+ ~~ + К,.
! (95) к, ! 2пР~-~е ' (96) Здесь первое слагаемое является сопротивлением квазинейтральной области, расположенной между х, (границей обедненного слоя) и х, (границей между эпитаксиальным слоем и подложкой), Второе слагаемое есть сопротивление растекания от круглого контакта радиусом г (А; = лг') в подложку с удельным сопротивлением ро, Последнее слагаемое описывает сопротивление омических контактов к подложке. При использовании диодов Шоттки в СВЧ-схемах важной характеристикой является частота отсечки при прямом смещении определяемая выражением йг Глава Б 7 а а |0.м ~00 ч~ ~0-а ъ Ч ~6~ ~з й7 и Ю0 400 б00 Ю00 ЛИ 4000 Темперп ~пури, Х 6 давлении насыщенных паров от температуры для жидннх ~541.
Рис, 37. Зависимость и твердых элементов ~~~0' „- ~а' У0-г ю б 10б ~з Теиг~ера~7ту,ы, 'С и 0 ы .т0о 000 7000 г000 ~000 107 б00 !000 Ю00 -г000 Темпеаа~лу7та, а Темпера~тп~па, '0 б0 0 аю 700 б00 й~00 .'000 4000 ч 70г; т0 ~ Контакты лтеталл — полупроводник 313 Метал~ с;р Яда лтелтолл Мталл У м ало 1 Йдг Рис. 38.
Структуры с контактами металл — полупроводник. а — диод с малой площадью контакта; б — диод с перекрытием металла; в — диод с дифузиониым охранным кольцом; г — диод с двойным диффузионным охранным кольцом; — диод с металлическим охранным кольцом; е — диоде высокоомным охранным слоем; ж — Диодная структура с углублением в полупроводнике; з — диод с изоляцией окислом; и — диод с дополнительной диффузией и перекрытием металла; к коническая струк тура диода.
где Я вЂ” сопротивление, Сн — емкость диода при прямом смещении 0,1 В [55а 1. Частота ~„значительно меньше частоты отсечки при нулевом смещении, и ее можно считать нижним пределом для частот отсечки. Типичные значения этой величинЫ 1561 приведены на рис. 40. Отметим, что при указанной степени легирования и диаметре контакта (-10 мкм) большую частоту отсечки имеет диод Шоттки на а-ОаАз. В основном это обусловлено более высокой подвижностью электронов в баАз. Для повышения надежности и стабильности приборов нужны диоды с достаточно большой площадью контакта, однако желательно, чтобы их емкость при этом оставалась малой.
Было показано, что данным требованиям может удовлетворить барьер Мотта. Барьером Мотта называется контакт металл — полупроводник, в котором эпитаксиальный слой полупроводника очень слабо легирован, а его толщина значительно меньше толщины, требуемой для формирования обедненного слоя. В таком приборе электроны в эпитаксиальном слое практически отсутствуют даже при прямом смещении. На рис. 41 показана зопвая диаграмма барьера Мотта. Удельная емкость его обедненной области не зависит от напряжения и равна е,1К. Поскольку толщину обедненной об- 10 /7 10" 10ю 10 0а 10 . 10' Г 10' 10 103 10~ 10 10 ~ -1,0 — 50 -4,0 -1О 0 05 10 р; ю Рнс.
39. Завнснмость полного сопротивления (сопротнвленпя перехода н последоватсльного сопротивления образца) от приложенного напряжения для диодов Ац — $1, Ац — баАз н кремнневого точечно-контактного диода 1561, Контакпы металл — полупроводник ласти барьера Мотта можно сделать значительно большей, чем в случае обычного диода Шоттки, то при заданной частоте отсечки можно увеличить площадь прибора 1571. Перенос заряда в барьерах Мотта определяется в основном диффузионными процессами, которые описываются уравнением (38).
~.Диод с перекрытием металла 158) ~рис. 38, 6) имеет почти идеальные вольт.амперные характеристики при прямом смещении и низкие токи утечки при не слишком больших обратных смещениях. Однако с увеличением обратного смещения влияние краев металлического электрола приводит к росту обратного тока. Такие структуры широко используются в интегральных схемах, поскольку их легко получать при металлизации.) Важным примером нх применения является транзистор с диодом Шоттки между базой и коллектором !59, 601 (рис.
42), позволяющим существенно уменьшить время насыщения. В стандартной технологии изготовления транзисторов со скрытым коллектором такой диод получают путем нанесения более широкого базового контакта, перекры- й7 уд'и ~ 4 б л у'~ Каниентраиия примеси Ф зпи.ттаксиальиом слое, см л Рнс. 40 Зависимость частоты отсечки (в гигагерцах) при прямом смешении от степени легнрования эпитаксиальиого слоя для приборов с контактами Раа них диаметров и толщиной эпитакснального слоя 0,5 мкм. Глава 5 Рнс. 41.
Зонная диаграмма барьера Мотта при разных смещениях (5), ччг ва1ощегося с внешним, не подвергнутым диффузии эпитаксиаль. ным слоем 141). В области насыщения коллекторный переход слегка смещен в прямом направлении, а не в обратном. Если падение напряжения иа диоде Шоттки при прямом смещении меньше, чем напряжение между базой и коллектором исходного транзистора в режиме насыщения, то ббльшая часть базового тока потечет через диод, в котором неосновные носители не накапливаются. Поэтому время насыщения транзистора с диодом Шоттки существенно меньше времени насыщения одного транзистора (без диода Шоттки), Для устранения краевых эффектов было предложено много структур, Структура с диффузионным охранным кольпом (рис, 38, в) [32] обладает почти идеальными прямыми и обратными вольт-амперными характеристиками (рис.
24). К недостаткам такого диода относятся большое время восстановления и большая паразитная емкость, обусловленные наличием р — п-перехода. Контакты металл — полупроооднак 3!7 Рис. 42. Биполярный транзистор с диодом Шоттки между базой и коллектором [60). Колл екат ор ,умит~пер Поэтому его применяют обычно для изучения статических характеристик. Структура с двойным диффузионным охранным кольцом (рис. 38, г) !61 ) позволяет уменьшить время восстановления, но технология ее изготовления относительно сложна, В структуре, показанной на рис.
38, д, для создания охранного кольца используют два типа металла с разной высотой барьера па контакте. Однако на ковалентных полупроводниках большую разность высот барьеров получить трудно. Еще одна структура с охранным кольцом, образующимся в результате нанесения на эпитаксиальный слой тонкого высокоомного слоя (62), приведена на рис. 38, е. Поскольку диэлектрическая проницаемость высокоомного слоя больше диэлектрической проницаемости изолятора, паразитная емкость такого диода обычно больше, чем емкость диода, показанного на рис, 38, б.
В структуре с углублением в полупроводнике (рис. 38, ж) возникает проблема надежности, связанная с ухудшением качества поверхности раздела в углублении !631. Другим подходом к проблеме уменьшения краевых полей является изоляция окислом (64) (рис. 38, з). При этом для создания локальной ступеньки окисла требуется специальная плапарпа я операция. Структура с дополнительной диффузией и перекрытием металла (рис. 38, и) (65) представляет собой сдвоенный (параллельно) диод Шотткн, причем в этой структуре отсутствует р — а- переход. Она имеет почти идеальные прямые и обратные вольтамперные характеристики и очень малое время восстановления, Однако процесс изготовления такого диода включает дополнительное окисление и диффузию, а внешнее кольцо может увеличить его емкость.'; В некоторых мощных СВЧ-генераторах (например, в лавинно- пролетных диодах) используют коническую структуру (рис. 38, к) Мб) Угол между металлическим покрытием и конусом полупроводника должен превышать 90'.
При этом напряженность электрическсго поля на периферии контакта обычно меньше, чем в центре, что обеспечивает однородность лавинного пробоя по всей его площади. 5.7. ОМИЧЕСКИЙ КОНТАКТ Омическим контактом называют контакт металл — полупроводник, сопротивление которого пренебрежимо мало по сравнению с объемным сопротивлением полупроводника и сопротивлением растекания. Хороший омический контакт не должен приводить к существенному изменению характеристик прибора, а падение напряжения на таком контакте при пропускании через него требуемого тока должно быть достаточно мало по сравнению с падением напряжения на активной области прибора. Рассмотрим сначала удельное сопротивление контакта, определяемое как обратная величина от производной плотности тока по напряжению.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
