• 歐姆接觸

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    歐姆接觸

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    歐姆接觸是一種非整流電連接:兩個導體之間的連接具有符合歐姆定律的線性電流-電壓 (I-V) 曲線。 低電阻歐姆觸點用于允許電荷在兩個導體之間輕松地雙向流動,而不會因整流而阻塞或因電壓閾值而導致過度功耗。

    相比之下,不顯示線性 I-V 曲線的結或接觸稱為非歐姆。 非歐姆接觸有多種形式,例如 p–n 結、肖特基勢壘、整流異質結或擊穿結。

    通常,術語歐姆接觸隱含地指金屬與半導體的歐姆接觸,其中實現歐姆接觸電阻是可能的,但需要仔細的技術。 通過確保金屬之間的直接接觸而沒有絕緣污染、過度粗糙或氧化層的介入,金屬-金屬歐姆接觸相對更容易制造; 各種技術用于創建歐姆金屬 - 金屬連接(焊接,焊接,壓接,沉積,電鍍等)。 本文重點介紹金屬-半導體歐姆接觸。

    半導體界面處的穩定接觸具有低接觸電阻和線性 I-V 行為,對于半導體器件性能和可靠性至關重要,它們的制備和表征是電路制造的主要工作。 準備不充分的半導體結很容易通過導致結附近的半導體耗盡而顯示出整流行為,通過阻止這些設備和外部電路之間的電荷流動使設備無用。 歐姆接觸半導體通常是通過沉積精心挑選的成分的金屬薄膜來構建的,然后可能進行退火以改變半導體-金屬鍵

    金屬-半導體歐姆接觸形成的物理學

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    歐姆接觸和肖特基勢壘都取決于肖特基勢壘高度,肖特基勢壘高度為電子從半導體傳遞到金屬所需的過剩能量設定了閾值。 為了讓結點在兩個方向上都容易接收電子(歐姆接觸),勢壘高度必須至少在結面的某些部分很小。 為了形成良好的歐姆接觸(低電阻),勢壘高度應處處較小,而且界面不應反射電子。

    肖特基-莫特規則天真地預測金屬和半導體之間的肖特基勢壘高度與金屬-真空功函數和半導體-真空電子親和勢之差成正比。 實際上,大多數金屬-半導體界面并沒有達到預期的程度。 相反,半導體晶體對金屬的化學終止會在其帶隙內產生電子態。 這些金屬誘導的能隙態及其被電子占據的性質傾向于將帶隙中心固定在費米能級,這種效應稱為費米能級釘扎。 因此,金屬-半導體接觸中肖特基勢壘的高度通常對半導體或金屬功函數的值幾乎沒有依賴性,這與肖特基-莫特規則形成鮮明對比。 不同的半導體在不同程度上表現出這種費米能級釘扎,但技術后果是高質量(低電阻)歐姆接觸通常難以在硅和砷化鎵等重要半導體中形成。

    肖特基-莫特規則并非完全不正確,因為在實踐中,具有高功函數的金屬與 p 型半導體形成最佳接觸,而具有低功函數的金屬與 n 型半導體形成最佳接觸。 不幸的是,實驗表明該模型的預測能力并沒有超出這個陳述。

    歐姆接觸

    現實條件下,接觸金屬可能會與半導體表面發生反應,形成具有新電子特性的化合物。 界面處的污染層可以有效地加寬勢壘。 半導體的表面可能會重建,從而導致新的電子狀態。 接觸電阻對界面化學細節的依賴性使得歐姆接觸的可重復制造成為制造挑戰。

    歐姆接觸的制備和表征

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    歐姆接觸的制造是材料工程中研究較多的部分,但仍然是一門藝術。 可重復、可靠的觸點制造依賴于半導體表面的極端清潔度。 例如,由于自然氧化物會在硅表面迅速形成,因此接觸的性能可能非常敏感地取決于制備的細節。接觸區域通常被重摻雜以確保所需的接觸類型。 通常,半導體上的歐姆接觸更容易形成。

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    詞條目錄
    1. 歐姆接觸
    2. 金屬-半導體歐姆接觸形成的物理學
    3. 歐姆接觸的制備和表征

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