MS Contacts & Schottky Diodes

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1 MS Contacts & Schottky Diodes
Ideal MS contact 僅有金屬與半導體接觸，其中沒有任何中間層 金屬與半導體之間沒有所謂擴散之問題 在金屬與半導體的界面上不存在表面電荷 電子能夠由材料的Fermi level脫離而達到完全自由所需之能量稱之為work function。 自由電子所在之位置稱之為vacuum level 金屬的fermi level 就在材料表面，因此其work function 便是 vacuum level 和fermi level 的差

2 半導體的work function與金屬有別，因為其fermi level 在CB之下，所以其work function
其中 為electron affinity ，也就是電子由CB表面脫離至vacuum level 所需之能量，每一半導體有其特定值，至於fermi level 與CB之差值則決定在雜質的摻入量來決定。 金屬與半導體接觸將有四種可能性的組合，半導體區分為P type 及N type，而其中金屬的work function 與半導體的work function 將會有大有小的可能性

3 以金屬及N type的半導體接觸為例 當金屬的work function 大於半導體的work function 時，剛接觸時，半導體區將會有電子流入金屬區（因為femi level 較高），平衡後在半導體區因為為保持電中性自然形成正帶有正電荷之離子存在，最後形成一反向電場阻止電子流向金屬區，在半導體界面將會形成一額外之障礙位能。 該位能障礙值為金屬之work function 與半導體electron affinity 的差值。 當金屬的work function 小於半導體的work function 時則該現象不存在

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5 當金屬的work function 大於半導體的work function 則所形成之界面與PN junction 的二極體相當類似
順向電壓時，降低金屬的Fermi level 使得半導體的電子容易流入金屬區 與半導體的PN diode的不同點在於只有單一種類之載子參與作用。

6 當金屬與半導體接觸後，若其I-V曲線呈現所謂二極體的特質，我們稱之為Schottky contact，若其I-V曲線呈現線性變化（及與電壓之正負無關）稱之為ohmic contact

7 Schottky Diode 分析schottky diode其方法如同分析PN diode 一樣 Built-in voltage
其電場與電位與位置之關係如下

8 P-N junction 與Schottky diode 不同點
在P-N junction 中，電子由Ｎ區進入Ｐ區可說是少數，然而在MS中卻是多數 在MS中電子由半導體進入金屬乃是一種thermionic emission current 可由電子的熱運動速度著手，該速度必須大到超脫其障礙位能才能由半導體區到達金屬區 由 推論，再配合電子數與速度分之函數可得

9 schottky diode在實際值與理論值的比較上，非常接近，在高電壓區的差異源自於半導體區本身的電阻所造成。
在反向電壓區，其差異性來自於在MS diode 中沒有所謂R-G center, 而其 FB會與偏壓有少許關係

10 Practical contact Oxide 的形成以及surface charge 的存在會使的MS contact 非屬於ideal contact surface charge 會將Fermi level 給pin 住，導致其potential barrier 與金屬種類無關 一般想形成ohmic contact 的做法是先行在半導體表層摻入高濃度之雜質，使得其空乏區變窄，如此可使載子容易穿透。

11 藉雜質濃度改變空乏區之寬度