一文详解肖特基接触和欧姆接触
2025-06-14 09:27:19
晨欣小编
一、肖特基接触与欧姆接触的基本定义
1.1 肖特基接触定义
肖特基接触是指金属与半导体之间形成具有整流特性的接触，即电流可以单向流通，类似于普通PN结二极管的行为。它的核心在于形成一个势垒（势垒高度 φ_B），阻碍载流子的双向流动。
1.2 欧姆接触定义
欧姆接触是指金属与半导体之间形成的无势垒、低电阻的线性接触，能够实现电流双向自由流动，满足欧姆定律。理想情况下，欧姆接触的I-V特性曲线为直线。
二、肖特基接触的物理机制
肖特基接触的形成来源于金属与半导体功函数差异。当金属接触n型半导体时，若金属的功函数Φ_M > 半导体的电子亲和能χ + 带隙Eg的一部分，则会形成电子势垒，表现出整流特性。
2.1 势垒高度的决定因素
对于n型半导体：
φ_Bn ≈ Φ_M - χ对于p型半导体：
φ_Bp ≈ Eg - (Φ_M - χ)
其中：
Φ_M 是金属功函数；
χ 是半导体的电子亲和能；
Eg 是带隙宽度。
2.2 电流传输机制
热发射（Thermionic Emission）
隧穿效应（Tunneling, 特别是在高掺杂时）
表面态影响（Fermi能钉扎）
三、欧姆接触的形成机制
欧姆接触的本质是要消除金属与半导体之间的势垒或使其变得可以穿透，从而形成低阻、线性接触。
3.1 实现方式
高掺杂半导体：掺杂浓度高至 >10¹⁸ cm⁻³，使得势垒足够薄，载流子可以隧穿；
选择合适金属：选取功函数较接近半导体导带/价带边缘的金属；
热退火处理：通过合金或反应形成过渡层；
表面处理工艺：消除界面陷阱，降低接触电阻。
四、肖特基与欧姆接触的对比分析
比较项目
肖特基接触
欧姆接触
特性 | 单向导通（整流） | 双向导通（线性） |
I-V 曲线 | 非线性 | 线性 |
电流传输机制 | 热发射、隧穿、表面态控制 | 隧穿、扩散、电场辅助传输 |
应用场景 | 肖特基二极管、高速开关电路 | 电极引出、功率器件连接 |
接触电阻 | 相对较高（低掺杂时） | 很低（高掺杂） |
制作难度 | 相对简单 | 对掺杂浓度和界面质量要求高 |
五、典型应用举例
5.1 肖特基接触的应用
肖特基二极管：开关速度快、正向压降低，用于开关电源、射频整流。
MOSFET源漏端肖特基接触：减少寄生二极管效应。
太阳能电池的金属接触：优化载流子收集效率。
5.2 欧姆接触的应用
集成电路引出端：芯片内部电极必须为欧姆接触，才能实现信号双向传输。
**功率器件（如IGBT、MOSFET）**的电极设计。
传感器器件中电信号的精确读出。
六、常见金属与半导体接触情况表
金属
与n型Si接触类型
与p型Si接触类型
铝（Al） | 欧姆接触（高掺杂） | 肖特基接触 |
金（Au） | 肖特基接触 | 欧姆接触（高掺杂） |
钛（Ti） | 欧姆接触 | 肖特基接触 |
铂（Pt） | 肖特基接触 | 欧姆接触（高掺杂） |
七、接触工艺技术解析
7.1 表面清洁与去氧化
接触面必须无污染、无氧化层，可采用：
氢氟酸刻蚀去除氧化层；
等离子体处理清洁界面。
7.2 热处理（退火）
常用于形成合金接触，如：
Al–Si合金：用于欧姆接触；
Ti/Al/Ni/Au堆叠退火：用于GaN器件。
7.3 材料堆叠与扩散控制
采用多层金属堆叠或扩散阻挡层（如TiN、W）来优化接触稳定性。
八、结语：如何正确选用接触类型？
在实际应用中，工程师应根据器件功能与性能需求进行选择：
需要整流、开关功能 → 选择肖特基接触
需要电流自由流动或电极连接 → 选择欧姆接触
在功率器件、高频电路和MEMS器件中，两种接触类型可能共存，必须综合考虑接触材料、电流密度、热稳定性、制造成本等多因素。
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