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欧姆接触 ppt课件

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《金属半导体接触》课件

《金属半导体接触》课件
在金属和半导体的接触区域，由于能带结构的不同，电子的传输会受到限制或允 许，这决定了接触的导电特性。
电子传输机制
在金属和半导体的接触中，电子的传输机制主要有隧道效应和热电子发射两种。
隧道效应是指电子通过金属-半导体接触势垒的能力，即使在没有明显的能量间隙的 情况下，电子也可能通过量子力学隧道效应穿越势垒。
溶胶凝胶法具有操作简单、成本低廉等优点，适用于制备大面积、均匀的金属半导体接触。
04
金属半导体接触的应用
电子器件
晶体管
金属半导体接触在晶体管中起着 关键作用，通过控制金属与半导 体的接触状态，可以实现电流的 放大或开关功能。
集成电路
集成电路中包含大量的晶体管和 其他电子元件，金属半导体接触 在这些元件中扮演着重要的角色 ，影响着整个集成电路的性能。
新特性
在新材料的推动下，金属半导体接触呈现出 新的特性，如高导电性、高热稳定性、高稳 定性等。这些新特性使得金属半导体接触在 电子、光电子、热电子等领域的应用更加广 泛和深入。
新技术与新方法
新技术
随着科研技术的不断创新，金属半导体接触 领域也涌现出许多新的技术和方法。例如， 利用先进的纳米制造技术，可以实现金属和 半导体的原子级精确控制和优化，进一步提 高金属半导体接触的性能。
02
特性：金属半导体的电子结构、 界面能带结构、电荷转移和空间 电荷区等特性。
金属半导体接触的重要性
在电子器件和集成电路中，金属半导 体接触是实现电子传输和收集的关键 部分，对器件性能具有重要影响。
在太阳能电池、传感器和光电器件等 领域，金属半导体接触对于能量转换 和信号处理具有重要意义。
金属半导体接触的分类
来新的发展机遇和挑战。
挑战

半导体第七章金属和半导体的接触PPT课件

半导体第七章金属和半导体的接触PPT课件
=qVD En
假设Wm>Ws，半导体外表形成正的空间电荷区， 电场由体内指向外表，Vs<0，形成外表势垒〔阻 挡层〕。
χ
Wm qΦns
qVD
Ec
En
(EF)s
Ev
能带向上弯曲，形成外表势垒。势垒区电子浓度 比体内小得多→高阻区(阻挡层)。
• 假设Wm<Ws，电子从金属流向半导体，半导体外 表形成负的空间电荷区，电场由外表指向体内， Vs>0。形成高电导区〔反阻挡层〕。
Wm E0 (EF )m E0为真空中静止电子的能量。
金属功函数随原子序数的递增呈现周期性变化
关于功函数的几点说明:
对金属而言, 功函数Wm可看作是固定的. 功 函数Wm标志了电子在金属中被束缚的程度.
对半导体而言, 功函数与掺杂有关 功函数与外表有关. 功函数是一个统计物理量。
半导体的功函数Ws
在一个距离价带顶为qФ0的能级。 • 电子正好填满qФ0以下所有的外表态时，外表呈电
中性。假设qФ0以下外表态为空，外表带正电，呈 现施主型； • qФ0以上外表态被电子填充，外表带负电，呈现受 主型。对于大多数半导体，qФ0约为禁带宽度的三 分之一。
• 假设n型半导体存在外表态，费米能级高于qФ0，如果qФ0以上存 在有受主型外表态，在EF与qФ0之间的能级将被电子填满，外表 带负电。外表附近出现正的空间电荷区，形成电子势垒。势垒 高度qVD恰好使外表态上的负电荷与势垒区的正电荷相等。
m(V)
0.95 0.80 0.94
说明金属的功函数对势垒高度的影响并不显著。
原因：半导体外Leabharlann 存在外表态。巴丁〔Bardeen〕提出应该考虑到半导体外表存在密度相当大的 外表态。如果认为在金属和半导体之间存在原子线度的间隙，外 表态中的电荷可通过在间隙中产生的电势差对势垒高度起到钳制 作用。

欧姆接触PPT课件

欧姆接触PPT课件
能的理想化 3. 向N极性GaN半导体的研究方向拓展
谢谢欣赏
感谢您的观看。
Wm Ws EF
E
欧姆接触的原理
• 载流子输送方式：
a. 电子从半导体出发，越过势垒顶部热 发射到金属中
b. 电子穿过势垒的量子隧穿
c. 在空间电荷区的复合
d. 空穴从金属注入半导体，等效于中性 区的复合
e. 在接触周围的高电场作用下产生的边
欧姆接触的实现
• 目标:在接触区域形成高掺杂，形成高的激活率、光滑的表面以及较少的缺陷 • 传统N极SiC材料的制备 • 掺杂方式：离子注入 • 实现步骤：用高能量的离子打入半导体选择区域达到掺杂、改性、退火和隔离等工序
1. 将蓝宝石衬底氮化 2. 采用MOCVD 技术，将输送气态的的Ga输送到衬底上外延缓，制备成N极GaN薄膜
欧姆接触的实现
• 生长工艺制作N极GaN半导体（ Monroy E ）
1. 往SiC半导体输送气态GaN进行外延 2. 在外延的同时将样品暴露于 He 等离子体辐照之下 3. 在SiC的碳面制备出N极GaN
Ti/Al/Ni/Au合金与GaN的欧姆接触
欧姆接触工艺的优势
• 低电阻 • 高稳定性
欧姆接触工艺的优势
• 低电阻 • 高稳定性
• 欧姆接触的特点是接触点不产生明显的附加电阻
欧姆接触工艺的优势
• 低电阻 • 高稳定性
• 电阻不随温度、电流等改变而改变 • 热稳定性高 • 金属电极与半导体电极的粘附强度高，接触质量好
欧姆接触的实现
• 剥离工艺制作N极GaN半导体
• 步骤： 1. 在 Si(111)衬底上外延生长镓极性是GaN 2. 将镓极性是GaN表面粘合到Si(100) 3. 再将粘连 Si(100)的镓极性GaN倒置,采用激光剥离工艺将 Si

欧姆接触现代半导体物理ppt课件

欧姆接触现代半导体物理ppt课件
于金属的功函数一般小于5eV，因此能够满足以上要求的金属-半 导体组合很少，特别是对于P型的宽禁带半导体材料而言，由于功 函数很大，因此找不到合适的金属材料与之匹配形成欧姆接触。另 外，半导体材料的功函数将随着掺杂浓度及温度变化，因此功函数 的不确定性也对选择合适的金属电极材料带来一定的难度；还有， 这种金属-半导体接触还或多或少存在少子注入的现象。因此工艺 上通常通过形成金属-半导体化合物、隧道结、半导体同型结等方
9.5 欧姆接触
金属-半导体的欧姆接触
金属-半导体之间为欧姆接 触时，金属的热电子功函 数应该等于半导体材料的 功函数，或者比N型半导体 的小（或者比P型半导体的 大），如图所示，半导体 表面为积累层。对于N型半 导体材料，电子从金属进 入N型半导体或从半导体进 入金属的势垒很小，或是 负的；同样对于P型半导体 材料，空穴从金属金土半 导体材料或从半导体材料 进入金属的势垒也很小， 或是负的。
4、如果两种材料接触处的电阻很小，而且电阻与电流方向及大小无 关，则称这种电接触为欧姆接触。
9.5 欧姆接触 形成欧姆接触的条件：
（1）金属与半导体间有低的势垒高度(Barrier Height) （2）半导体有高浓度的杂质掺入(N ≧10EXP12 cm-3)
9.5 欧姆接触
欧姆接触的评价标准：
1) 接触电阻很低：以至于不会影响器件的欧姆特性，即不会影响 器件I-V的线性关系。对于器件电阻较高的情况下（例如LED器件 等），可以允许有较大的接触电阻。但是目前随着器件小型化的 发展，要求的接触电阻要更小。 2) 热稳定性要高：包括在器件加工过程和使用过程中的热稳定性 。在热循环的作用下，欧姆接触应该保持一个比较稳定的状态， 即接触电阻的变化要小，尽可能地保持一个稳定的数值。 3) 欧姆接触的表面质量要好：且金属电极的黏附强度要高。金属 在半导体中的水平扩散和垂直扩散的深度要尽可能浅，金属表面 电阻也要足够低。

半导体物理欧姆接触

半导体物理欧姆接触

EF
在表面态能级中存在一个距离EV约1/3禁带 宽度的特征能级q0 。
q0
EV
5 表面态使能带在表面层弯曲
qVD
EF
q0
q0
低密度表面态
qVD EF
高密度表面态
6 表面态改变半导体的功函数
E0
WS
Байду номын сангаас
WS
EF
qVD WS
Eg q0
EF q0
E0
qVD EF
欧姆接触 1、定义 2、如何实现欧姆接触？
不同偏置状态的肖特基势垒
理论的实用性（如何区分势垒区的宽窄？）
迁移率高的载流子有较大的平均自由程。因而在室温下， 这些半导体材料的肖特基势垒中的电流输运机构，主要是 多数载流子的热电子发射。
五、金-半接触的少子注入问题
n 型阻挡层也是空穴的积累层， 能带弯曲使积累层内比积累层外 空穴密度高，在表面最大。若用 p0表示积累层外的空穴密度，则 其表面密度为
由于Em是反偏压的函数，所以JSD 会随U缓慢变化，并不饱和。
q(VD-U)
qU
EFS
EFM 0
xd
x
薄势垒金-半接触的伏安特性
j
jSM
jMS
A
*
T
2e
qm kT
[e
qU kT
1]
qU
jST (e kT
1)
反向饱和电流密度
jST
A
*
T
2e
qm kT
（窄势垒）
qm
jSD qEmNCe kT
（宽势垒）
1金属－n型半导体接触 WM＞WS WM＜WS
2金属－p型半导体接触 WM＞WS WM＜WS

金属和半导体形成低阻欧姆接触80页PPT

金属和半导体形成低阻欧姆接触80页PPT
T最软弱无力。——斯宾诺莎 7、自知之明是最难得的知识。——西班牙 8、勇气通往天堂，怯懦通往地狱。——塞内加 9、有时候读书是一种巧妙地避开思考的方法。——赫尔普斯 10、阅读一切好书如同和过去最杰出的人谈话。——笛卡儿
金属和半导体形成低阻欧姆接触
16、人民应该为法律而战斗，就像为 了城墙 而战斗 一样。 ——赫 拉克利 特 17、人类对于不公正的行为加以指责 ，并非 因为他 们愿意 做出这 种行为 ，而是 惟恐自 己会成 为这种 行为的 牺牲者 。—— 柏拉图 18、制定法律法令，就是为了不让强 者做什 么事都 横行霸 道。— —奥维 德 19、法律是社会的习惯和思想的结晶 。—— 托·伍·威尔逊 20、人们嘴上挂着的法律，其真实含 义是财 富。— —爱献 生

欧姆接触


25
铜在硅和二氧化硅中都有很高的扩散率，这种高 扩散率将破坏器件的性能。可淀积一层阻挡层金属， 作用是阻止层上下的材料互相混合（见下图）。其厚 度对 0.25µm 工艺来说为 100nm ；对 0.35µm 工艺来说为 400～600nm。
阻挡层金属 铜
铜需要由一层薄膜阻挡层完全封闭起来，这层封闭 薄膜的作用是加固附着并有效地阻止扩散。
熔点(C)
1412 1412 660 1083 3417 1670 2996 2620 1772
电阻率 (-cm)
109 500 – 525 2.65 1.678 8 60 13 – 16 5 10
21
铝铜合金



由于铝的低电阻率及其与硅片制造工艺的兼容性，因 此被选择为IC的主要互连材料。然而铝有众所周知的 电迁徒引起的可靠性问题。由于电迁徒，在金属表面 金属原子堆起来形成小丘（如图所示）如果大量的小 丘形成，毗邻的连线或两层之间的连线有可能短接在 一起。 当少量百分比的铜与铝形成合金，铝的电迁移现象会 被显著的改善。 Al-Si-Cu (0.5%)合金是最常使用的连线金属

由于在优化超大规模集成电路的性能方面，需要进一步 按比列缩小器件的尺寸，因此在源 / 漏和第一金属层之 间电接触的面积是很小的。这个小的接触面积将导致接 触电阻增加。一个可提供稳定接触结构、减小源 / 漏区 接触电阻的工艺被称为自对准硅化物技术。它能很好地 与露出的源、漏以及多晶硅栅的硅对准。许多芯片的性 能问题取决于自对准硅化物的形成（见下图）。

常用扩散阻挡层：TiN, TiW
较好的方法是采用阻挡层, Ti 或 TiSi2有好的接触和黏附 性,TiN 可作为阻挡层
16
2.铝的电迁移

金属和半导体形成低阻欧姆接触PPT课件

在硅片制造业中，常用的各种金属和金属合金
铝 铝铜合金 铜 硅化物 金属填充塞 阻挡层金属
20
硅和硅片制造业中所选择的金属 (at 20°C)
材料
硅 (Si) 掺杂的多晶硅
铝 (Al) 铜 (Cu) 钨 (W) 钛 (Ti) 钽 (Ta) 钼(Mo) 铂 (Pt)
熔点(C)
金属化与平坦化
1
概述
金属化将晶片上制成的各种元器件用互连金 属线连接起来构成具有各种功能的集成电路 的工艺。是芯片制造过程中在绝缘介质薄膜 上淀积金属薄膜，通过光刻形成互连金属线 和集成电路的孔填充塞的过程。
2
互连金属
3
4
在集成电路中金属薄膜主要用于 1.欧姆接触（Ohmic Contact） 2.肖特基接触（Schottky Barrier Contact） 3.低阻栅电极（Gate Electrode） 4.器件间互联（interconnect）
层间介质（ILD:Inner Layer Dielectric ）：是绝缘材
料，它分离了金属之间的电连接。ILD一旦被淀积，便被 光刻刻蚀成图形，以便为各金属层之间形成通路。用金属 （通常是钨 W）填充通孔，形成通孔填充薄膜。
6
对IC金属化系统的主要要求
(1) 低阻互连
(2) 金属和半导体•形H成i低gh阻s欧p姆ee接d触 (3) 与下面的氧化•层H或i其gh它r介e质lia层b的il粘it附y性好 (4) 对台阶的覆盖•好High density
32
Polycide ：其一般制造过程是，栅氧化层 完成以后，继续在其上面生长多晶硅 (POLY-SI），然后在POLY上继续生长金属 硅化物（silicide），其一般为 WSi2 （硅化钨）和 TiSi2 （硅化钛）薄膜，然 后再进行栅极刻蚀和有源区注入等其他工 序，完成整个芯片制造。

高二物理竞赛少数载流子的注入和欧姆接触课件

2. 隧道效应，实现半导体制造的欧姆接触。
当势垒厚度，x < xc
势垒对电子完全透明
Ec
隧道穿透
xcxc d V0
xc
EF
2r0Vs0V
qND
2r0VD V 2 r 0VD
qND
qN D
即 NDxc
通过重掺杂可获得能产生隧道电流 的特殊阻挡层
Wm EFm
J
E0
c
Ws
EFs Ec
Wm
EFm
E0
c
Ec(0)
EFs Ec
xd → 0
利用隧道效应实现欧姆接触：
在n型或p型半导体上制作一层重
掺杂区再与金属接触，形成金属
V
－n+n 或金属—p+p 结构。
金属的选择很多
电子束和热蒸发、溅射、电镀
The principle of the Schottky junction solar cell.
▪ 1、金属与半导体形成的肖持基接触和欧姆接触，阻挡层与 反阻挡层的形成；
热电子发射理论：
电流-电压特性为
qV JJsT[expk(T)1]
其中 JsT， A *T2exp qk (nT s )
JST与外加电压无关，但强烈依赖于温度
Ge，GaAs具有较高的载流子迁移率，即有较大 的平均自由程，因而在室温下，这些半导体材料的 肖特基势垒中的电流输运机理主要是热电子发射。
▪ 2、肖特基接触的电流—电压特性——扩散理论和热电子发 射理论，即肖特基势垒的定量特性——耗尽层
▪ 3、欧姆接触的特性。
两个要点： ①功函数和禁带宽度的不同金属/半导体接触能带图的变化； ②肖特基接触的整流特性即电流－电压I-V特性。

欧姆接触


Ti/Al/Ni/Au合金与GaN的欧姆接触
欧姆接触工艺的优势
• 低电阻
• 高稳定性
欧姆接触工艺的优势
• 低电阻
• 欧姆接触的特点是接触点不产 生明显的附加电阻
• 高稳定性
欧姆接触工艺的优势
• 低电阻
• 电阻不随温度、电流等改变而 改变 • 热稳定性高 • 金属电极与半导体电极的粘附 强度高，接触质量好
欧姆接触的实现
• 目标:在接触区域形成高掺杂，形成高的激活率、光滑的 表面以及较少的缺陷
• 传统N极SiC材料的制备
• 掺杂方式：离子注入 • 实现步骤：用高能量的离子打入半导体选择区域达到掺杂、 改性、退火和隔离等工序
欧姆接触的实现
• 剥离1)衬底上外延生长镓极性 是GaN 2. 将镓极性是GaN表面粘合到 Si(100) 3. 再将粘连 Si(100)的镓极性GaN倒 置,采用激光剥离工艺将 Si (111) 衬底剥离
• 高稳定性
欧姆接触的原理
W E0 EF
EF
E0
W
欧姆接触的原理
• 接触前：
E0
EF s EF m
Efm
Ws Wm Efs
欧姆接触的原理
• 接触时： • 半导体电势提高，金属电 势降低，直到二者费米能 级相平 • 其中：
Efm E0 Vms Wm Ws Efs
• Vms称为表面态中的电势 差
MEMS工艺 ——欧姆接触工艺
1
2 3 4 5
欧姆接触的概述 欧姆接触工艺的优势
欧姆接触的原理 欧姆接触的实现
欧姆接触工艺的进展和展望
欧姆接触的概述
• 定义：当金属与半导体接触并具有线性 的I-V特性或其接触电阻相对于半导体主 体可以忽略时称之为欧姆接触 • 肖特基接触：如果电流-电压特性曲线不 是线性的，这种接触便叫做肖特基接触 • 欧姆接触原理：任何相接触的固体的费 米能级必须相等，费米能级和真空能级 的差值称为功函数，因此接触的金属和 半导体具有不同的功函数。
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e. 在接触周围的高电场作用下产生的边缘 漏泄电流或在金属一半导体界面处的陷
阱产生的界面电流(图中未绘出)。
欧姆接触的实现
• 目标:在接触区域形成高掺杂，形成高的激活率、光滑的 表面以及较少的缺陷
• 传统N极SiC材料的制备
• 掺杂方式：离子注入
• 实现步骤：用高能量的离子打入半导体选择区域达到掺杂、 改性、退火和隔离等工序
欧姆接触的实现
• 剥离工艺制作N极GaN半导体
• 步骤： 1. 在 Si(111)衬底上外延生长镓极性
是GaN 2. 将镓极性是GaN表面粘合到
Si(100) 3. 再将粘连 Si(100)的镓极性GaN倒
置,采用激光剥离工艺将 Si (111) 衬底剥离
欧姆接触的实现
• 生长工艺制作N极GaN半导体（ Sumiya M ）
ห้องสมุดไป่ตู้
• 欧姆接触原理：任何相接触的固体的费 米能级必须相等，费米能级和真空能级 的差值称为功函数，因此接触的金属和 半导体具有不同的功函数。
Ti/Al/Ni/Au合金与GaN的欧姆接触
欧姆接触工艺的优势
• 低电阻 • 高稳定性
欧姆接触工艺的优势
• 低电阻 • 高稳定性
• 欧姆接触的特点是接触点不产 生明显的附加电阻
欧姆接触的实现
从I/V特性曲线分析比接触电阻
欧姆接触工艺的进展和展望
欧姆接触工艺的进展和展望
欧姆接触工艺的进展和展望
N极GaN样品的AFM测试形貌
欧姆接触工艺的进展和展望
• 目标：制造稳定性更好的比接触电阻率更低的欧 姆接触器件
1. 进一步研究欧姆接触的形成机理和物理模型 2. 精确控制离子的注入，使掺杂纯度、区域、浓度尽可
欧姆接触
MEMS工艺 ——欧姆接触工艺
1
欧姆接触的概述
2
欧姆接触工艺的优势
3
欧姆接触的原理
4
欧姆接触的实现
5 欧姆接触工艺的进展和展望
欧姆接触的概述
• 定义：当金属与半导体接触并具有线性 的I-V特性或其接触电阻相对于半导体主 体可以忽略时称之为欧姆接触
• 肖特基接触：如果电流-电压特性曲线不 是线性的，这种接触便叫做肖特基接触
欧姆接触工艺的优势
• 低电阻 • 高稳定性
• 电阻不随温度、电流等改变而 改变
• 热稳定性高
• 金属电极与半导体电极的粘附 强度高，接触质量好
欧姆接触的原理
W E0 EF
E0 W
EF
欧姆接触的原理
• 接触前：
EF s EF m
E0 Wm Efm
Ws Efs
欧姆接触的原理
• 接触时：
• 半导体电势提高，金属电
E0
势降低，直到二者费米能
级相平
Wm
• 其中：
Efm
• Vms称为表面态中的电势 差
Vms Ws
Efs
欧姆接触的原理
• 紧密接触：
qVd
Wm
Ec
Ws
EF E
欧姆接触的原理
• 载流子输送方式：
a. 电子从半导体出发，越过势垒顶部热发 射到金属中
b. 电子穿过势垒的量子隧穿
c. 在空间电荷区的复合
d. 空穴从金属注入半导体，等效于中性区 的复合
能的理想化 3. 向N极性GaN半导体的研究方向拓展 4. 降低接触层的厚度，提高稳定性
1. 将蓝宝石衬底氮化
2. 采用MOCVD 技术，将输送气态的的Ga输送到衬 底上外延缓，制备成N极GaN薄膜
欧姆接触的实现
• 生长工艺制作N极GaN半导体（ Monroy E ）
1. 往SiC半导体输送气态GaN进行外延 2. 在外延的同时将样品暴露于 He 等离子体辐照之下 3. 在SiC的碳面制备出N极GaN