10.8 : Giunzioni Metallo-Semiconduttore

Il contatto tra un metallo e un semiconduttore può portare alla formazione di una giunzione con comportamento Schottky o Ohmico.

Barriere Schottky

Le barriere Schottky si formano quando un metallo con una funzione di lavoro (Φ_m) entra in contatto con un semiconduttore con una funzione di lavoro diversa (Φ_s). Inizialmente, gli elettroni si trasferiscono finché i livelli di Fermi del metallo e del semiconduttore non si allineano all'equilibrio. Ad esempio, se Φ_m > Φ_s, il livello di Fermi del semiconduttore è superiore a quello del metallo prima del contatto. Il potenziale elettrostatico del semiconduttore deve essere aumentato per allineare i livelli di Fermi, risultando in una regione di svuotamento in cui le cariche positive provenienti da ioni donatori non compensati, bilanciano la carica negativa sul metallo. L'ampiezza di svuotamento nel semiconduttore può essere calcolata in modo simile a quella delle giunzioni p-n.

Il potenziale di contatto di equilibrio (V_o) impedisce un'ulteriore diffusione degli elettroni dalla banda di conduzione del semiconduttore nel metallo. Questo potenziale è la differenza nei potenziali della funzione lavoro (Φ_m - Φ_s). L'altezza potenziale della barriera (Φ_B) per l'iniezione di elettroni dal metallo nella banda di conduzione del semiconduttore, è data da Φ_m - χ, dove χ è l'affinità elettronica.

Contatti ohmici

In molte applicazioni, come i circuiti integrati, è fondamentale disporre di contatti metallo-semiconduttore ohmici con una caratteristica I-V lineare in entrambe le direzioni di polarizzazione. I contatti ohmici si formano quando la carica indotta nel semiconduttore per allineare i livelli di Fermi, è fornita dai portatori maggioritari. Ad esempio, in un semiconduttore di tipo n dove Φ_m < Φ_s, gli elettroni si trasferiscono dal metallo al semiconduttore per allineare i livelli di Fermi, aumentando le energie degli elettroni del semiconduttore. Ciò si traduce in una piccola barriera al flusso di elettroni, facilmente superabile da una piccola tensione. Allo stesso modo, per i semiconduttori di tipo p dove Φ_m > Φ_s, il flusso delle lacune attraverso la giunzione è facilitato, garantendo una resistenza minima e nessuna rettifica del segnale.