Глубина области обеднения
|
Nд, м-3 |
1021 |
1023 |
1025 |
1027 |
|
d, мкм |
1 |
0,1 |
10-2 |
10-3 |
Если к такому контакту приложить разность потенциалов, то толщина ОПЗ будет увеличиваться
. (9.8)
С учетом (9.8) можно определить напряженность электрического поля на границе раздела контакта
. (9.9)
Свойства структуры металл-диэлектрик-металл (МДМ) будут зависеть от свойств контактов металл-диэлектрик.
1. Два омических контакта.На рис. 9.3,а изображены зонные диаграммы в случае двух одинаковых контактов и в отсутствие внешней разности потенциалов. Обогащенные области простираются вглубь диэлектрика. В результате этого дно зоны проводимости диэлектрика искривлено по всей его толщине. Максимальное значениеЕСбольшеχд-Ад– равновесного значения. Причиной низкого качества контактов может быть либо малая толщина диэлектрика, либо большие потенциальные барьеры. Заряд, содержащийся вплохом контакте, недостаточен для эффективного экранирования внутренней области диэлектрика от его границ.
Рис. 9.3, биллюстрирует случайхорошихиплохихомических контактов. Дно зоны проводимости диэлектрика тонкое и ограничено экранирующими ОПЗ.
СД
Е
Д
Д
ЕСД
а) χМ <χДб)
Д
Д
ЕСД
СД
Е
в)χМ >χД г)
Д
Д
ЕСД
ЕСД
д)е)
Рис. 9.3. Энергетические диаграммы МДМ-структур: а,б– плохой и хороший омические контакты;в, г– плохой и хороший блокирующие контакты;д,е– одинаковые и разные нейтральные контакты
2. Два блокирующих контакта. На рис. 9.3,в,гизображены случаи блокирующих контактов к диэлектрику. В плохих контактах (рис. 9.3,в) обедненные области простираются в диэлектрик глубоко, так, что электрическое поле существует по всей толщине диэлектрика. Внутренняя область его недостаточно экранирована приконтактными зарядами. Причина плохого качества заключается либо в малой толщине диэлектрика, либо в недостаточной степени его легирования. В противоположность этому на рис. 9.3,гпоказан случай МДМ-структуры с хорошими блокирующими контактами. В них, как и в хороших омических контактах, внутренняя часть диэлектрика свободна от электрического поля и дно зоны проводимости является плоским.
3. Другие типы контактов.На рис. 9.3,д,епоказаны случаи блокирующих контактов к собственному или очень тонкому легированному диэлектрику. Здесь никакого искривления зон не происходит, как и в нейтральных контактах. Причина этого – неспособность диэлектрика поставить сколько-нибудь значительный заряд из своего объема. Если электроды одинаковые, то дно зоны проводимости становится плоским (рис. 9.3,д).
В случае различных электродов граничные потенциальные барьеры отличаются на величину χМ1-χМ2(рис. 9.3,е). Наличие этого внутреннего поля в отсутствие внешнего напряжения является следствием перераспределения заряда между электродами. Величина этого заряда зависит от контактной разности потенциаловUк, площади электродовSи емкости структурыС
,
(9.10)
где d– толщина диэлектрика.
В МДМ-структуре с параметрами d=20Å, (χм1-χм2)/e=10-2 В внутреннее поле составляетЕ=(χм1-χм2)/(ed)=5∙106 В/м.
Ранее мы не учитывали влияния поверхностных состояний на контакты и считали, что высота граничного барьера равна χм-А, но если такие состояния существуют на поверхности диэлектрика, их влияние на процессы в контактах и структурах может стать значительным. Поверхностный заряд создает дополнительное электрическое поле в приконтактной зоне диэлектрика, усиливающее или ослабляющее контактное поле [п. 8.2].