Giunzione MS
Problema: Il contatto M-S
è sempre presente in un circuito.
Come si comporta ?
Dispositivi a semiconduttore
1
Giunzione MS (n doping)
Evac
Walter Schottky (1886-1976)
em=workfunction metallo
es=workfunction semiconduttore
es=affinità elettronica
semiconduttore
Dispositivi a semiconduttore
2
Dispositivi a semiconduttore
3
Giunzione MS : caso n Electron Affinity Model (EAM)
m>S
e(s-s)
Dispositivi a semiconduttore
4
Al momento del contatto
Dopo il contatto
Dispositivi a semiconduttore
5
Giunzione MS
Dispositivi a semiconduttore
6
VA=potenziale esterno applicato
Dispositivi a semiconduttore
7
Capacità
kT 

Q  qN DW   2qN D  S (VBI  Vext  B ) 
e 





qN D  S
C
k BT 
 2(VBI  Vext 
)

e 
1

C2
2(VBI  Vext 
qN D  S
1
1
2
2

S
Spettroscopia C-V
W
k BT
)
e
Dispositivi a semiconduttore
8
1
1
ND 
2q S  d 1 
 

dV C 2 
Se ND=cost 1/C2 cresce
linearmente con V
Intercetta per 1/C2 a zero dà VBI
Dispositivi a semiconduttore
9
Calcolo barriera potenziale
1 2(Vbi V )

2
C
eN D
E
Vbn  VbiVBn c




4
1
2Vbi
7 m

 1.8 10 2
2
C (V  0) eN D
F

 EVbi  0.4V
F
q
2VbiC 2 (0)
ND 
 2.5 10 21 m 3
e
 NC 
  0.25 eV
EC  EF  KT ln 
 ND 
EC  EF
 bn   bi 
 0.65 eV
q
Dispositivi a semiconduttore
10
Vari metalli
 bn   m   s
Dispositivi a semiconduttore
11
Capacità variabile Varactor
C (V ) 
Dispositivi a semiconduttore
eN D
S
2( bi  V )
12
Caso p
m<S
Dispositivi a semiconduttore
13
Indice di superficie S
S
 B
 m
Dispositivi a semiconduttore
14
Superficie
Dispositivi a semiconduttore
15
Stati di superficie
Bulk state
Surface state
Dispositivi a semiconduttore
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Superficie
Dispositivi a semiconduttore
17
Stati di superficie e band bending
Dispositivi a semiconduttore
18
Stati di superficie e band bending
Dispositivi a semiconduttore
19
Nel realizzare la barriera conta anche la superficie
Dispositivi a semiconduttore
20
Limiti validità EAM:
Effetti di superficie: Fermi-Level Pinning (III-As, III-P) .
Il livello di Fermi alla superficie è ad energia fissata a prescindere dal
metallo con cui realizzo il diodo
Dispositivi a semiconduttore
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Giunzione MS : caso n con bias
Dispositivi a semiconduttore
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Corrente di maggioritari:
1) Emissione termoionica
2) Tunneling: conta per barriere sottili ad alti drogaggi
Per emissione di campo si intende il tunneling di
elettroni vicini al livello di Fermi
Per doping ≤1017cm-3 @300K conta emissione termoionica
Dispositivi a semiconduttore
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Corrente termoionica
Dispositivi a semiconduttore
24
Corrente termoionica
 q B 
 qV  
J  AT exp 
 exp 
  1
 KT 
 KT  
2
Dispositivi a semiconduttore
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Calcolo emissione termoionica

J S M 

EF  q
qvx dn
Bn
2m *
m *v 2
dn 
exp(qV / kBT )exp(
)4 v 2 dv
h
2kBT
4 v 2 dv  dvx dvy dvz
vy , vz  (0, )
dn  D(E) f (E)dE
vx  E  EC 
1 * 2
mv
2
Hp : q Bn  k BT
vx,min 
2e
(VBI  V )  
m*
J S M  A*T 2 exp(q Bn / kBT )exp(qV / kBT )
A*=Costante di Richardson
120m*/m0 A/(Kcm)2
4 em* kB2 eN C v
A 

3
h
4T 2
*
f (E)  exp(E / k BT )
v
Dispositivi a semiconduttore
3kBT
m
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J=JS-M-JM-S=JS(exp(qV/kBT)-1)
J M S  A*T 2 exp(q Bn / kBT )  cost  J S
JS: corrente di saturazione, cresce con T
Caratteristica diodo Schottky ideale
 q Bn  
 qV  
J  AT exp 
  exp 
  1
 KT  
 KT  
2
Dispositivi a semiconduttore
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Caratteristiche generali:
•Tensione ginocchio inferiore
•Maggiore corrente di perdita
Dispositivi a semiconduttore
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Effetto Schottky:
Riduzione potenziale contatto dovuto ad effetto cariche immagine
Effetto trascurabile per contatti con semiconduttori con costante
dielettrica ≈10
Gli elettroni nel
semiconduttore “
vedono” una
superficie metallica
equipotenziale.
Un elettrone -e nel
punto x del SC_
Una carica
immagine +e nel
punto -x
Dipende dal bias
Aumento emissione
termoionica
Dispositivi a semiconduttore
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Dispositivi a semiconduttore
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Caratteristiche generali:
•Tensione ginocchio inferiore
•Maggiore corrente di perdita
Dispositivi a semiconduttore
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Dispositivi a semiconduttore
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Cat whisker radio
Contatto meccanico metallo-semiconduttore
(galena PbS): nella radio azione rettificatrice
Dispositivi a semiconduttore
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Contatto ohmico:
Resistenza contatto “ piccola”
1
I 
RC   
V V  0
RC 

Per la corrente termoionica
kB
qn
exp(
)
*
qA T
kB T
Piccole barriere
Dispositivi a semiconduttore
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Dispositivi a semiconduttore
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Dispositivi a semiconduttore
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Contatto Ohmico
Dispositivi a semiconduttore
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Contatti Ohmici
RC
1
OK se cresce doping: W diminuisce:
tunneling
 I 


 V V 0
Dispositivi a semiconduttore
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Contatti Ohmici: deposizione eutettica
Una miscela
eutettica (dal greco
eu = buono, facile;
tettico = da fondere)
è una miscela di
sostanze il cui punto
di fusione è più
basso di quello delle
singole sostanze che
la compongono (da
cui il nome "facile da
fondere").
Nella lega per formare il contatto
c’è un elemento drogante per il SC
Dispositivi a semiconduttore
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Contatti Ohmici
Material
Contact materials
Si
Al, Al-Si, TiSi2, TiN, W, MoSi2, PtSi, CoSi2, WSi2
Ge
In, AuGa, AuSb
GaAs
AuGe, PdGe, Ti/Pt/Au
GaN
Ti/Al/Ti/Au, Pd/Au
InSb
In
ZnO
InSnO2, Al
CuIn1-xGaxSe2
Mo, InSnO2
HgCdTe
In
Dispositivi a semiconduttore
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Con alto doping
piccola regione svuotamento
e tunneling
Dispositivi a semiconduttore
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Dispositivi a semiconduttore
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Dispositivi a semiconduttore
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Dispositivi a semiconduttore
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