Курсовая теория на тему Невыпрямляющие контакты металл-полупроводник

Содержание:

ВВЕДЕНИЕ 3
ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ 5
1. КОНТАКТНЫЕ ЯВЛЕНИЯ В ПОЛУПРОВОДНИКАХ 6
1.1 Контакт металл-полупроводник 6
2. ОСОБЕННОСТИ И ХАРАКТЕРИСТИКИ НЕВЫПРЯМЛЯЮЩИХ КОНТАКТОВ МЕТАЛЛ-ПОЛУПРОВОДНИК 13
2.1 Понятие невыпрямляющего (омического) контакта металл-полупроводник 13
2.2 Механизмы токопереноса в омическом контакте 15
2.2.1. Термоэмиссия электронов над барьером 15
2.2.2. Полевая и термополевая эмиссия 17
2.3 Технология формирования невыпрямляющих контактов 21
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 25
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 26

Введение:

Актуальность темы. Первые исследования свойств контакта металл-полупроводник приписывают Брауну, который в 1874 г. изучал зависимость полного контактного сопротивления от полярности приложенного напряжения. Пикард в 1906 г. получил патент на точечно-контактный детектор на основе кремния, а в 1907 г. о выпрямляющих свойствах диодов, полученных напылением металла на полупроводник, о чем писал Пирс.
Высокий интерес к контактам металл-полупроводник вызван их широким использованием в полупроводниковой технологии, и успехи в данной отрасли обусловлены главным образом теоретическими трудами Шоттки, Мотта, Бардина, Кроуэлла и экспериментальными роботами Гудмена, Канга, Мида, Коули и др.
Невыпрямляющие (омические) контакты необходимы для того, чтобы к полупроводнику можно было подсоединить источник питания (тока или напряжения). При этом падение напряжения на таком контакте должно быть минимальным и вольтамперная характеристика должна быть линейной. Вообще говоря такая ситуация имеет место в любом полупроводниковом приборе, но для дискретных приборов создание контакта может быть проведено различными технологическими путями, например, специальной обработкой поверхности полупроводника при нанесении металла, которая способствует образованию омического контакта.
Применение приборов на основе контактов металл-полупроводник в современной электронике основан на их уникальных физических свойствах:
а) образование области пространственного заряда в приповерхностной области полупроводника, величина которой меняется при приложении внешнего напряжения;
б) отсутствие инжекции неосновных носителей заряда, что обуславливает быстродействие приборов на основе контактов металл-полупроводник;
в) возможность создания контактов к полупроводникам, которые характеризуются линейной зависимостью тока от напряжения, так называемых омических контактов. Они есть неотъемлемым составом любого полупроводникового прибора;
г) принципиальная простота технологии и возможность создания контактов металл-полупроводник на любых полупроводниках.
Основная область использования контактов металл-полупроводник – омические контакты, усилители и генераторы и т.д. Поэтому для современной микроэлектроники важна так называемая проблема омических контактов к мелкозалегающим р-n переходам, которая есть чрезвычайно актуальной проблемой для рассмотрения. Все это и определяет актуальность и тему курсовой работы: «Невыпрямляющие контакты металл-полупроводник».
Цель работы заключается в рассмотрении особенностей невыпрямляющих контактов металл-полупроводник, как важной части теории полупроводников.
Объект исследования: физика полупроводников.
Предмет исследования: невыпрямляющие контакты металл-полупроводник.
Достижение цели будет предполагать решение следующих задач исследования:
1. Исследовать и проанализировать научную литературу по теме;
2. Раскрыть сущность понятий «полупроводник», «контакт металл-полупроводник», «невыпрямляющий (омический) контакт»;
3. Рассмотреть механизм токопереноса в омическом контакте металл-полупроводник.
4. На основе проведенного исследования сделать выводы.
Объем и структура работы. Работа состоит из введения, обзора литературы, двух глав, заключения, списка литературы. Общий объем составляет 26 страниц.

ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ

Практически отсутствует учебная литература за последние несколько лет, которая выпущенная на территории РФ. Не хватает современной литературы и для специалистов по многим специальностям.
Многочисленные монографии и учебники в мировой литературе в основном изданы на английском языке и только отчасти – на русском языке. Пособия по физике полупроводников, которые были изданы на русском языке в 1970 – 1990 гг., в большинстве своем предназначены для физических факультетов университетов.
Современная англоязычная литература дорогая и практически недоступная; книги и научные обзоры, изданные в Украине, теперь также стали редкостью в России, что затрудняет самостоятельную работу студентов. Кроме того, в настоящее время не только учебная, но и монографическая литература не успевает за бурным развитием технологии и физики полупроводников. Особенно быстро развиваются нанофизика и нанотехнологии: понятно, что о них нет и упоминания в книгах с физики, выданных 20-30 лет назад.

Заключение:

На основе проведенного в работе исследования можно сделать следующие выводы:
1. Невыпрямляющий (омический) контакт металл-полупроводник – контакт, который возникает в случае если работа выхода электрона из металла меньше, чем из полупроводника n-типа и больше работы выхода из полупроводника p-типа.
2. Существует три общие физические модели, которые дают представление о явлениях, что происходят в омическом контакте:
а) антизапорный изгиб зон на грани разделения металл-полупроводник;
б) туннелирование через область пространственного заряда;
в) контакт с небольшой (порядка нескольких KT высотой барьера) на границе разделения контакта металл-полупроводник.
3. Для создания антизапорного слоя области пространственного заряда в первом приближении (без учета природы электронных свойств поверхностных электронных состояний) необходимо чтобы величина работы выхода металла была меньше величины работы выхода из полупроводника.
4. Характерной особенностью невыпрямляющих контактов является наличие слоев, обогащённых основными носителями заряда. Это означает, что в отличие от выпрямляющих контактов, для которых характерно наличие обеднённых слоев, сопротивление контакта определяется не барьером, а нейтральным слоем полупроводника. Значит, оно не зависит от величины приложенного напряжения. Кроме того, если за счет выбора металла, работы выхода полупроводника и металла будут близки, то высота барьера будет минимальной. Контакт с минимальной высотой барьера будет иметь большой ток насыщения, значит, малое сопротивление для прямого и обратного смещения, то есть контакт будет омическим.

Фрагмент текста работы:

1. КОНТАКТНЫЕ ЯВЛЕНИЯ В ПОЛУПРОВОДНИКАХ

1.1 Контакт металл-полупроводник

Рассмотрим ситуацию контакта метала с полупроводником. Будем считать, что работа выхода в полупроводнике ( ) меньше работы выхода в металле ( ). Пусть концентрация электронов в полупроводнике равна 1015см-3, контактная разность потенциалов , расстояние между полупроводником и металлом 10-4 см. Тогда разница концентраций электронов, которые обусловленные контактной разностью потенциалов равна величине порядка 109см-2, а из самого полупроводника на поверхность получается 1010см2. Ясно, что внешнее поле несущественно меняет поле в полупроводнике. В случае, когда расстояние между металлом и полупроводником станет порядка 10-7 см, заряд образованный контактной разностью потенциалов будет порядка 1012 см-2 и потребует определенного перераспределения заряда в полупроводнике для сохранения электро-нейтральности в области границы раздела металла и полупроводника. Данное перераспределение заряда можно трактовать, как изгиб зон в полупроводнике, потому что именно этот изгиб зон приведет к перераспределению концентрации носителей заряда в области границы разделения. Ход потенциала или изменение энергии в системе, за счет влияния заряда, находящегося на грани разделения можно найти, развязывая уравнение Пуассона. В одномерном случае это будет [2]:

, или (1.1)

В общем случае плотность заряда в области изгиба зон может быть записана следующим образом [2]:

, (1.2)

где: – концентрация ионизированных доноров ( – концентрация донорных уровней; – концентрация электронов на них). В объеме полупроводника в равновесном состоянии число свободных электронов ( ) равен сумме ионизированных доноров и числу свободных дырок в валентной зоне ( ) (условие электро-нейтральности) то есть [2]:

, (1.3)

Найдем с (1.3) и подставляя в (1.2) будем иметь [2]:

, (1.4)

Концентрации и соответственно могут быть записаны в области изгиба зон , как:

, и

Тогда (1.4) можно переписать в виде:

, (1.5)

В общем виде уравнение (1.1) с правой частью в виде (1.5) не может быть решено аналитически. Случай, когда уравнение (1.1) может быть решено аналитически соответствует условию, что . При этом условии область пространственного заряда называется слоем Шоттки и ясно, что из (1.5) можно сформулировать ограничения на , когда будет выполняться . Будем считать, что наш полупроводник n-типа и тогда эти условия будут такими [1]: