肖特基势垒高度计算及接触理论

  当金属与SIC材料紧密接触时，热平衡条件下两种材料的费米能级必须一致，接触界面处真空能级必须连续。另外，金属功函数与半导体的功函数不同，如图1所示，这两个条件决定了无界面态的理想金属半导体接触的特殊能带结构。在这种理想情况下，金属-半导体接触界面的势垒就是常说的肖特基势垒高度(SBH)，可以简单地表示为金属功函数qФM和半导体电子亲和势qX_S之差，即

  对于p型半导体材料，势垒高度可以通过类似的方法得到，即   方程(2)中，q是电子电量；E_g为禁带宽度。肖特基势垒高度决定了金属-半导体接触的特性。需要注意的是，上述方程忽略了界面态，为理想金属-半导体接触情况，如图1(a)、(b)所示。
  另一种极端的情况为，当界面态密度很大时，费米能级的位置被钉扎到半导体禁带中一个确定的能级，如图1中(c)、(d)所示。在这种情况下，势垒高度将与金属功函数无关。   这种情况称为巴丁极限。大多数金属-半导体接触都存在界面态，但界面态密度不高，不足以钉扎肖特基接触势垒，因此，肖特基势垒高度受金属功函数和界面态的共同影响。实际研究发现，势垒高度依赖于SIC结晶形态、金属功函数、接触前的表面状况以及界面化学等因素的影响。
  如果考虑在金属和SIC材料之间有一薄的绝缘层，则势垒高度可以表示为：   式(4)中，Ф_Bn表示平带时的势垒高度；Ф₀为表面能级；N_d是施主浓度；N_a是受主浓度；δ为绝缘层的厚度；εi和εs分别为绝缘层和半导体的介电常数；D_s表示表面态密度；∆Ф_b为势垒高度的镜像力降低量，且 式中，E_m为半导体表面的电场强度。

  金属-半导体界面的电流输运包括4种机理：①跨越势垒的热电子发射；②穿越势垒的量子遂穿；③耗尽区的载流子复合；④半导体中性区的载流子复合。对于宽禁带半导体，如SIC材料，电流输运的主要作用为跨越势垒的热电子发射(TE)。如果SIC材料非重掺杂，而且工作温度不是非常低，则热电子发射将起主要作用。遂穿电子发射只有在SIC重掺杂，工作温度较低时才考虑。热电子发射电流密度可以表示为


上一篇：硅二极管与碳化硅二极管的性能比较
下一篇：点接触二极管和肖特基二极管是什么关系?