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10.8 : 金属-半導体接合

金属と半導体の接触により、ショットキーまたはオーミック動作のいずれかの接合が形成されます。

ショットキー障壁

ショットキー障壁は、仕事関数 (Φ_m) を持つ金属が、異なる仕事関数 (Φ_s) を持つ半導体と接触したときに発生します。最初は、金属と半導体のフェルミ準位が平衡に揃うまで電子が移動します。たとえば、Φ_m > Φ_s の場合、半導体のフェルミ準位は接触前の金属のフェルミ準位よりも高くなります。フェルミ準位を揃えるには半導体の静電ポテンシャルを上げる必要があり、その結果、補償されていないドナーイオンからの正電荷が金属の負電荷と釣り合う空乏領域が発生します。半導体の空乏幅は、pn 接合の場合と同様に計算できます。

平衡接触電位 (V_o) は、半導体の伝導帯から金属への電子のさらなる拡散を防ぎます。この電位は、仕事関数電位の差 (Φ_m - Φ_s) です。金属から半導体伝導帯への電子注入の電位障壁の高さ は、Φ_m - χ で与えられます。ここで、χ は電子親和力です。

オーミック接点

集積回路などの多くのアプリケーションでは、両方のバイアス方向で線形 I-V 特性を持つオーミック金属半導体接点が不可欠です。オーミック接点は、フェルミ準位を揃えるために半導体に誘導された電荷が多数キャリアによって提供されるときに形成されます。たとえば、Φ_m < Φ_s の n 型半導体では、フェルミ準位を揃えるために電子が金属から半導体に移動し、半導体の電子エネルギーが上昇します。これにより、電子の流れに対する障壁が小さくなり、小さな電圧で簡単に克服できます。同様に、Φ_m > Φ_s の p 型半導体では、接合部を横切る正孔の流れが促進され、抵抗が最小限に抑えられ、信号の整流がなくなります。

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Metal Semiconductor JunctionsSchottky BarriersOhmic ContactsWork FunctionFermi LevelsElectron DiffusionDepletion RegionEquilibrium Contact PotentialPotential Barrier HeightI V CharacteristicN type SemiconductorP type SemiconductorElectron AffinityMajority Carriers

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