1.2.7. Невипрямні (омічні) контакти метал – напівпровідник

Під омічним контактом будемо розуміти контакт металу з напівпро­відником, ВАХ якого є лінійною, а опір контакту в прямому і зворотному увімкненні приблизно однаковий і порівняно малий. Іншими словами, омічний контакт повинен бути невипрямним.

Зазначимо, що вимоги до лінійності ВАХ омічного контакту диктуються необхідністю створення перехідних ділянок між металом і напівпровідником, що не змінює опору всієї структури зі зміною полярності зовнішньої напруги. Вимоги до малого значення опору контакту пов'язані з необхідністю істотного зменшення впливу цього опору на розподіл зовнішньої напруги між іншими ділянками напівпровідникової структури. Енергетична діаграма омічного контакту метал – напівпровідник (рис.1.20) свідчать, що для контакту металу з напівпровідником р-типу провідності необхідно, щоб А_м>А_н, а для контакту з напівпровідником n-типу – А_м<А_н.

Як відомо, в першому випадку електрони переходять з напівпровідника в метал і енергетичні зони викривляються вверх (рис.1.20, а), а в другому випадку електрони переходять із металу в напівпровідник і зони викривляються вниз (рис. 1.20 б). У цих контактах у приповерхневій ділянці напівпровідника з'являються надлишкові основні носії заряду, що утворюють так звані збагачені шари. Протяжність цих шарів має значення, близьке до довжини Дебая і становить соті частки мікрометра. Внаслідок більшої концент­рації основних носіїв заряду в приповерхневій ділянці напівпровідника, ніж в об'ємі, питомий опір цього шару менший, ніж в іншій частині напівпровідника. Тому такі омічні контакти, що мають малий опір, називаються також антизапірними.

Рис. 1.20. Енергетична діаграма омічного контакту метал-напівпровідник: а– з напівпровідником р-типу (А_м>А_н); б–з напівпровідником n-типу (А_м<А_н)

В омічних контактах, утворених e результаті контакту між металом і напівпровідником, можуть нагромаджуватись неосновні носії заряду в приконтактній частині напівпровідника за наявності зовнішнього електричного поля. Це погіршує швидкодію напівпровідникових приладів. Для усунення нагромадження неосновних носіїв заряду використовують тунельні омічні контакти (рис.1.21).

Випрямні контакти (бар'єри Шотткі) можуть бути і омічними, якщо вплив бар'єра на потік основних носіїв заряду зробити достатньо малим. На практиці це досягається сильним легуванням ділянки напівпровідника під металевим контактом. В цьому випадку товщина бар'єра зменшиться до дуже малого зна­чення (приблизно декілька нанометрів) і носії заряду через бар'єр переносяться за рахунок тунельного ефекту.

Для того, щоб забезпечити малу товщину бар'єра, поверхню напівпровідника легують до виродженого стану, при якому рівень Фермі знаходиться або в зон провідності для електронного напівпровідника, або у валентній зоні для діркового напівпровідника. Енергетична діаграма такого контакту зображена на рис. 1.21.

Якщо товщина бар'єра приблизно декілька нанометрів і на метал подається від'ємний потенціал стосовно напівпровідника, то електрони в металі можуть не мати енергію, вищу від потенційного бар'єра, для їх потрапляння в напівпровідник. Ці електрони за рахунок тунельного ефекту пройдуть крізь бар'єр і потраплять на вільні стани в зоні провідності напівпровідника. Аналогічно, якщо напівпровідник зміщений від'ємно відносно металу, то електрони із потенційної ями можуть внаслідок тунельного ефекту пройти через потенційний бар'єр і потрапити на вільні електронні енергетичні рівні металу. Такий контакт має дуже малий опір. Він завжди буде омічним контактом незалежно від роду металу, тому в ІС і напівпровідникових приладах омічні контакти, як правило тунельні.

Рис. 1.21. Структура та енергетична діаграма тунельного омічного контакту

Отже, омічний контакт має дуже малий опір для проходження струму порівняно з об'ємним опором напівпровідника. Тому, якщо до приладу з оміч­ними контактами прикладається різниця потенціалів, то напруга, яка падає на контактах, мала порівняно зі спадом напруги на інших частинах приладу.

Концентрація вільних носіїв заряду в омічному контакті не змінюється і під час проходження струму. Омічний контакт має лінійну ВАХ і не інжектує неосновні носії заряду в напівпровідник. Найпоширенішим способом виготов­лення омічного контакту є створення сильнолегованого шару напівпровідника безпосередньо на контакті з металом.