10.8 : Jonctions métal-semi-conducteur

Le contact du métal et du semi-conducteur peut conduire à la formation d’une jonction à des comportements dits Schottky ou Ohmique.

Barrières Schottky

Des barrières Schottky apparaissent lorsqu'un métal avec une fonction de travail (Φ_m) entre en contact avec un semi-conducteur avec une fonction de travail différente (Φ_s). Initialement, les électrons sont transférés jusqu'à ce que les niveaux de Fermi du métal et du semi-conducteur s'alignent à l'équilibre. Par exemple, si Φ_m > Φ_s, le niveau de Fermi du semi-conducteur est supérieur à celui du métal avant le contact. Le potentiel électrostatique du semi-conducteur doit être augmenté pour aligner les niveaux de Fermi, ce qui entraîne une région d’appauvrissement où les charges positives des ions donneurs non compensés équilibrent la charge négative du métal. La largeur d'appauvrissement dans le semi-conducteur peut être calculée de la même manière que celle dans les jonctions p-n.

Le potentiel de contact d'équilibre (V_o) empêche toute diffusion ultérieure des électrons de la bande de conduction du semi-conducteur vers le métal. Ce potentiel est la différence des potentiels de fonction de travail (Φ_m - Φ_s). La hauteur de la barrière potentielle (Φ_B) pour l'injection d'électrons du métal dans la bande de conduction semi-conductrice est donnée par Φ_m - χ, où χ est l'affinité électronique.

Contacts ohmiques

Dans de nombreuses applications, telles que les circuits intégrés, il est crucial de disposer de contacts ohmiques métal-semi-conducteur présentant une caractéristique I-V linéaire dans les deux sens de polarisation. Les contacts ohmiques se forment lorsque la charge induite dans le semi-conducteur pour aligner les niveaux de Fermi est fournie par des porteurs majoritaires. Par exemple, dans un semi-conducteur de type n où Φ_m < Φ_s, les électrons sont transférés du métal au semi-conducteur pour aligner les niveaux de Fermi, augmentant ainsi les énergies électroniques du semi-conducteur. Il en résulte une petite barrière au flux d’électrons, facilement surmontée par une faible tension. De même, pour les semi-conducteurs de type p où Φ_m > Φ_s, l'écoulement des trous à travers la jonction est facilité, garantissant une résistance minimale et aucune rectification du signal.