半导体最终是需要通过金属接到管脚上,才能在电路上真正被使用起来,如果金属和半导体接触会产生肖特基势垒而产生一个导通电压,这并不是我们所希望看到的。
我们知道:与阴极接触的N+半导体就是为了减小半导体与金属的接触电阻。其实在理论上有两种方法可以减小接触电阻:
1,降低势垒高度;
2,减小势垒宽度,使“自由电子”以隧穿方式穿过。
1. 降低势垒高度:选择不同的材料使半导体费米能级小于金属费米能级(φm<φs),接触面的能带如下图所示;
1,如下右图所示,在加正电压时:电子很容易向低电势方向流动,即:从半导体进入金属;
2, 当加负电压时,电子很容易穿过势垒从金属进入半导体;这种结就是:欧姆接触;
2. 减小势垒宽度:通过重掺杂的方式使形成的势垒宽度很窄,这样电子可以不用跃过势垒而直接通过“隧穿”流过接触面,正向偏压、负向偏压与VI特性(黑色曲线)如下图所示。
隧道效应的欧姆接触电阻是依赖半导体掺杂浓度的函数(随掺杂浓度呈指数规律变化),由于“N—N+”结也存在一个势垒,所以“N—N+”结也存在单位接触电阻,这个结将决定结总阻值的大小。
那如果是金属和P型半导体呢,它们是否会形成肖特基势垒,还是处于低接触电阻状态?
1. 如下图所示当φm<φs时,由于P型半导体多子是“空穴”,接触后P型半导体“空穴”流向金属,留下带负电的电离受主杂质;此时空间电荷区能带向下弯曲,形成空穴阻挡层;
2. 当φm>φs,金属与P型半导体接触时,空穴从金属流向半导体表面(自由电子从半导体向金属实现电子发射,在半导体中留下很多“空穴”),形成正从半导体到金属方向的内建电场,能带向上弯曲,使得半导体的P型程度更深,自由电子很容易从金属流向半导体中的空穴;表面的空穴浓度远大于体内,因而形成一个高导电区,称之为反阻挡层,这种结也是欧姆接触。
选择金属与半导体结合的费米能级的大小,可确定金属与半导体之间的阻挡状态(降低势垒高度方法),如下图(φm< φs)所示;