14. MS Contacts and Schottky Diodes

Ideal MS contacts

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: work function    //invariant fundamental property..

 

 

 

semiconductor의 work function :

 : electron affinity , [=(E0 - Ec)|surface]    고유값으로 변하지 않는다.

 

Ge : 4.0eV/ Si : 4.03eV/ GaAs : 4.07eV

 

 

metal과 semiconductor의 work function이 다를 때..

 

: surface potential-energy barrier encountered by electrons with E = EF in the metal..

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

	n-type Semiconductor	p-type Semiconductor
	rectifying	ohmic
	ohmic	rectifying

 

 

 

 

 

 

 

14.2. Schottky Diode

14.2.1 Electrostatics

MS diode에서도 voltage drop; built-in potential 존재.

built-in potential은 W(Xn,Xp)로 계산 가능, 근데 EF(doping 양으로 이미 결정된다)

 

 위에서 언급한 것처럼 ideal MS(n-type)에서,

 

▶MS contact 인근에 전하의 depletion이 발생한다.

n-type영역에서의 예를 들면, donor들로 인하여 depletion영역에서 net positive charge 발생하며, pn junction과는 다르게 반대쪽 영역에 (Xp) 균형을 잡아줄 음의 전하 영역이 metal에서는 존재하지 않는다. 오히려 delta 함수(거리가 매우 좁은데 excess charge급격히 늘어나기 때문)의 형태로 e-가 쌓이게 된다.

이는 전기장이 metal내부에서 0인 것과 potential,V가 constant,일정하다는 전제에 부합함으로, metal은 더 고려하지 않을 것.

 

▶Semiconductor side

전기장과 charge density는 poisson' equation을 따른다. (이 부분은 추후에 정리할 것)

 

 

x = W, 일때 전기장의 값이 0인 것을 고려하면,

potential은 전자기학에서 배웠듯이..

 

 

 

depletion width는 potential의 범위가 0~W에서 계산 가능했던 것을 고려하여, V(0) = -(Vbi - VA)이고, x=0일때,

예제;

14.2.2 I-V Characteristics

recombination과 hole(or electron)-injection current는 존재.

하지만 semi쪽  전하들이 보았을 때 상대적으로 낮은 potential barrier로 semi에서 metal로의 e- 주입이 우세하다.

forward bias일때도, reverse bias 일때도, majority carrier의 영향이 우세..

 

p+-n diode의 경우 h+의 이동이 더 크다.

 

schottky diode: h+의 이동 작다. e-의 가 dominant     //majority carrier device;빠르다.

 

cf)"thermonic emission current"; current resulting from majority carrier over potential barrier.

 열 에너지를 갖고 있다. 운동에너지. barrier 넘어갈 수 있는 전하의 수 (fermi 곡선 그래프 고려. 상단부분)

자세한 건 책 참조..

 

 

빨간 부분은 inpact ionization, 파란 부분은 schottky barrier lowering..

schottky barrier lowering : metal이 charge 당겨서 낮춘다..

diffusion, recombination (X). drift로 인한 Cj만 남음

 

14.2.3. ac Response

 

 

 

 

경계면에서 band가 급격히 아래로 휘어지면서, 위에 임의의 charge에 의한 field

image charge에 의한 potential(변화 측정 가능하다)

 

 

 

 

 

 

 

14.3.2 Ohmic Contacts

 

1)MS contact에 얇은 oxide 끼어듦

2)surface에만 존재 → surface state. 전자가 들어가면 band가 변함.

그래서 ideal diode에서 예측 한 것 다 틀려버린다..

 

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metal | GaAs(n-type)

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는 metal의 work function과 관계없이 고정된다. 이 부분은 ohmic contact 만들고 싶을 때에는 안좋아진다.

그래서 high doping함(n+/p+)

 

doping ↑ : depletion width↓

이를 이용하여, 도핑을 대략 을 넘어가면, W가 작아져 tunneling이 잘 발생한다. 그래서 barrier 무시.

ohmic contact 구현가능..