Контакт металл — полупроводник. Сопротивление невыпрямляющего контакта. Значение константы Ричардсона для кремния и арсенида галлия

6.3. КОНТАКТ МЕТАЛЛ — ПОЛУПРОВОДНИК

Контакты металл — полупроводник в ИМС применяются в качестве невыпрямляющих, омических контактов, а также для создания диодов Шоттки.

В зависимости от соотношения величин работы выхода электронов из металла и полупроводника теоретически возможны четыре электрофизических варианта контакта металл — полупроводник. В двух случаях на границе полупроводника с металлом образуется запирающий (обедненный) слой, а в двух других - антизапирающий (обогащенный) слои. Это соответствует образованию диодов Шоттки или невыпрямляющнх контактов.

Однако в реальных условиях образование выпрямляющего или невыпрямляющего контакта на границе металла с полупроводником зависит от многих факторов, в основном технологического характера.

В табл. 6.7 приведены значения работы выхода электронов из некоторых металлов, а также экспериментально полученные величины потенциальных барьеров, образующихся в контакте данных металлов с кремнием и арсенидом галлия при 300 К.

Вольт-амперная характеристика диода Шоттки описывается уравнением (6.21). Начальный ток при этом зависит от величины потенциального барьера и может быть рассчитан по формуле:

, где S - площадь контакта; Т — температура; - потенциальный барьер, А*- константа Ричардсона, значения которой для кремния и арсенида галлия приведены в табл. 6.8.

Сопротивление невыпрямляющего контакта между металлом и тонким полупроводниковым слоем рассчитывается по формуле:

, где - удельное сопротивление тонкого полупроводникового слоя, Ом/кв; - удельное контактное сопротивление, Ом • см²; l - длина контакта (в направлении протекания тока); b -  ширина контакта.

Свойства некоторых металлов, используемых при создании невыпрямляющих контактов и токопроводящих дорожек в полупроводниковых интегральных микросхемах, приведены в табл. 6.9.

Наиболее широко в настоящее время для получения невыпрямляющих контактов к кремнию применяется алюминий. Удельное контактное сопротивление системы алюминий - кремний р-типа, легированный бором, с ориентацией (111) приведено в табл. 6.10.

Величина  для системы А1- рSi может быть рассчитана также по формуле  (для  = 0,0001— 0,02 Ом.см).

Нелинейность вольт-амперной характеристики (неомичность) контакта алюминий — кремний р-типа электропроводности наблюдается при удельном сопротивлении кремния свыше 1 Ом.см. Неомичность контакта алюминия с кремнием п-типа происходит при удельном сопротивлении кремния более 0,01 Ом • см.

В последние годы для создания омических контактов к кремнию сравнительно широко стали использоваться палладий и платина. Для определения удельного контактного сопротивления силицида палладия с кремнием можно пользоваться следующими формулами:

для контакта:  Pd₂Si – кремний p – типа:

(для ρ = 0.001 – 0.018);

для контакта:  Pd₂Si – кремний n – типа:

( для ρ = 0.001 – 0.018).

Экспериментальные значения удельного контактного сопротивления Pd₂Si - pSi (кремний легирован бором) приведены в   табл. 6.11. Те же данные в отношении контакта Pd₂Si - pSi  (кремний легирован фосфором или сурьмой) приведены в табл. 6.12.

Среднее значение удельного контактного сопротивления для системы                                Au – Cr - Pd₂Si - pSi  на кремнии р-типа с ρ =0,001 Ом-см и на кремнии п-типа, легированном мышьяком и фосфором, с ρ =0,0015 Ом.см, равно 8.10 ^-8Ом.см ².

Контакты на основе силицида палладия на кремнии п- и р-типов становятся неомическими для кремния с удельным сопротивлением более  0,02 Ом.см.

В табл. 6.13 приведены экспериментальные значения удельного контактного сопротивления (в Ом.см ²) системы Pd₂Si - nSi   (ориентация (111)) для различной температуры окружающей среды в диапазоне температур 200—400 К.