Контактні явища в мікроелектронних структурах: класифікація і характеристика контактів інтегральних схем.

На основі фізичних властивостей контактів метал - напівпровідник (Ме - НП), напівпровідник р-типу - напівпровідник n-типу (НП(р) - НП(n)) засновані принципи дії більшості мікроелектронних елементів. Важливе значення має і пасивна роль контактів, яка полягає в забезпеченні підведення електричного струму. На межі поділу між двома різними за типом електро-провідності напівпровідниками або між напівпровідником та металом виникають потенціальні бар'єри, що є наслідком перерозподілу концентрацій рухомих носіїв заряду між контактуючими матеріалами. Усі електричні контакти підрозділяють на три типи: лінійні, нелінійні та інжекційні.

Омічні - це контакти, які мають лінійну вольт-амперну характеристику (ВАХ), малий електричний опір, не створюють форму сигналу та шумів.

Нелінійні контакти - це контакти, які мають нелінійну ВАХ, використовуються для випрямлення струму, детектування та генерації сигналів, помноження частоти.

Інжекційні контакти - це контакти, які використовують як джерело надлишкових носіїв заряду для їх проникнення в напівпровідник або діелектрик під дією електричного поля.

Контакт метал - метал (Ме-Ме). Цей тип контактів найбільш поширений в мікроелектронних приладах, мають низький електричний опір.

Контакт напівпровідник - напівпровідник (НП- НП). Область на межі двох напівпровідників з різними типами електропровідності називають електронно-дірковим або р-n-переходом. Електронно-дірковий перехід має несиметричну провідність, тобто нелінійний опір. Робота більшості напівпровідникових приладів (діоди транзистори та ін.) заснована на використанні властивостей одного або декількох р-n- переходів. Коли зовнішня напруга на переході відсутня, носії заряду в кожного напівпровідника здійснюють хаотичний тепловий рух. Відбувається їх дифузія з одного напівпровідника в інший.

Контакт напівпровідник - діелектрик (НП-Д). Найбільш поширеними є контакти Si-SiO. Шар оксиду кремнію містить іонізовані атоми донорів. Якщо вони знаходяться близько до поверхні поділу, то впливають на рух носіїв струму напівпровідника та змінюють їх концентрацію в приповерхневому шарі. Наявність збіднених або збагачених шарів впливає на роботу окремих елементів напівпровідникової інтегральної мікросхеми.

Контакт метал-напівпровідник n -типу (М е-НП( n)).Якщо в контакті металу з напівпровідником n-типу робота виходу електронів з металу менша, ніж робота виходу з напівпровідника, то буде переважати вихід електронів з металу в напівпровідник. Тому в шарі напівпровідника навколо межі накопичуються основні носії (електрони), і цей шар стає збагаченим, тобто в ньому збільшується концентрація електронів. Опір такого шару буде малим при будь-якій полярності напруги, яка прикладається, і такий перехід не буде мати випрямних властивостей.

Контакт метал-напівпровідник р-типу (Ме-НП(р)). У цьому випадку (рис. 1.5) з напівпровідника в метал переходить більша кількість

електронів, ніж в зворотному

 

Рисунок 1.5 - Контакт металу з напівпро­відником п-типу напрямку, і в приграничному шарі напівпровідника також формується область, яка збагачена основними носіями (дірками), з малим значенням опору. Цей тип контакту також невипрямний. Обидва типи невипрямних контактів застосовуються в напівпровідникових приладах при розробці виводів від n- та р-областей. Для цієї мети підбирають відповідні метали.

 

 

Рисунок 1.6 - Контакт металу з напівпровід-ником р-типу. Напруги, яка прикладається. Такий перехід має високі випрямні властивості. Подібні переходи у свій час досліджував німецький учений В.Шоткі, і тому потенціальний бар'єр, який виникає в даному випадку, називають бар'єром Шоткі, а діоди з таким бар'єром - діодами Шоткі. В діодах Шоткі (в металі, куди приходять електрони з напівпровідника) відсутні процеси накопичення зарядів неосновних носіїв, які характерні для електронно-діркових переходів. Тому діоди Шоткі мають значно вищу швидкодію, ніж звичайні діоди, оскільки накопичення зарядів - процес інерційний, тобто для нього потрібен час.

Аналогічними є випрямні властивості контакту металу з напівпровідником р-типу при A_Ме<An.