金属与半导体形成欧姆接触是指在接触处是一个纯电阻,而且该电阻越小越好,使得组件操作时,大部分的电压降在活动区(Active region)而不在接触面。因此,其I-V特性是线性关系,斜率越大接触电阻越小,接触电阻的大小直接影响器件的性能指标。
欧姆接触在金属处理中应用广泛,实现的主要措施是在半导体表面层进行高掺杂或者引入大量复合中心。
欧姆接触指的是它不产生明显的附加阻抗,而且不会使半导体内部的平衡载流子浓度发生显著的改变。
欲形成好的欧姆接触,有二个先决条件:
(1)金属与半导体间有低的势垒高度(Barrier Height)
(2)半导体有高浓度的杂质掺入(N ≧10EXP12 cm-3)
前者可使界面电流中热激发部分(Thermionic Emission)增加;后者则使半导体耗尽区变窄,电子有更多的机会直接穿透(Tunneling),而同时使Rc阻值降低。
若半导体不是硅晶,而是其它能量间隙(Energy Gap)较大的半导体(如GaAs),则较难形成欧姆接触 (无适当的金属可用),必须于半导体表面掺杂高浓度杂质,形成Metal-n+-n or Metal-p+-p等结构 。
良好的欧姆接触还应该具有以下几个主要特点 :
(1)可再生的低比接触电阻;
(2)统一的、均匀的接触一半导体界面,在界面相就有平面同性;
(3)光滑的表面形态;
(4)高温工作状态下的热稳定性;
(5)抗氧化;
(6)好的勃附性;
(7)工艺上的易实现;
(8)好的机械性能。
金属一半导体接触分为欧姆接触和肖特基接触两种情况。在理想的情况下,金属和半导体接触处呈现很小的电阻,其电压降小到可以忽略。而肖特基接触则具有整流特性,和p-n结的特性类似。在没有经过合金化的情况下,金属一半导体接触通常是肖特基接触,其整流特性主要的形成原因是金属一半导体界面存在的肖特基势垒。 欧姆接触与肖特基势垒接触均是金属与半导体在特定情况下形成的接触。一般情况下,金属与半导体的功函数不同 。当金属与半导体接触体系达到平衡时,任何两种相接触的固体的费米能级(Fermi level)(或者严格意义上,化学势)必须相等。 费米能级和真空能级的差值称作功函数。 接触金属和半导体具有不同的功函,分别记为φM和φS。 当两种材料相接触时,电子将会从低功函(高费米能级)一边流向另一边直到费米能级相平衡。从而,低功函的材料将带有少量正电荷而高功函材料则会变得具有少量电负性。最终得到的静电势称为内建场记为Vbi。这种接触电势将会在任何两种固体间出现并且是诸如二极管整流现象和温差电效应等的潜在原因。内建场是导致半导体连接处能带弯曲的原因。明显的能带弯曲在金属中不会出现因为他们很短的 屏蔽长度意味着任何电场只在接触面间无限小距离内存在。