欧姆接触中接触电阻率的计算_甄聪棉

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1、第24卷第6期大学物理Vol.24No.62005年6月COLLEGEPHYSICSJune.2005欧姆接触中接触电阻率的计算11112甄聪棉,李秀玲,潘成福,聂向富,王印月(1.河北师范大学物理学院,河北石家庄050016;2.兰州大学物理系,甘肃兰州730000)摘要:从欧姆接触电阻率的定义出发,先从理论上介绍了热离子发射、热离子场发射和场发射三种不同情况下欧姆接触电阻率的计算公式,然后详细地从实验上综合各种测试方法,并讨论了其利弊.关键词:欧姆接触;接触电阻率;传输线模型中图分类号:TN304.07;TN305.93;O472文献标识码:A文章

2、编号:1000-0712(2005)06-0010-04半导体材料、器件的研制和应用在过去的十几2)热离子场发射情况(TFE):年中得到了迅速发展.随着半导体器件的广泛应用,kTkTE00ρc=cosh·人们对这些材料欧姆接触的低阻性的要求越来越qAπ(B+μF)E00kT[1,2]高.大量的实验结果和理论分析表明:良好的欧E00B+μEμFcothexp-姆接触不仅可以改善器件的性能,而且还有利于提kTE00coth(E00/kT)kT高器件的使用寿命.3)场发射(隧道穿透)情况(FE):欧姆接触电阻率是表征欧姆接触十分重要的一AπqBρc=exp-

3、-个参数,其值的准确度对评价金属-半导体接触起kTsin(πC1kT)E00着重要的作用.从目前的研究来看,不同的研究者采AC1qB-12exp--C1μF用了不同的测试方法.本文将综合常用的测试方法,(C1kT)E00并讨论其利弊.24＊(kT)1B其中:A=4πmnq3,C1=ln,f1=h2E00μF1理论基础1qhN,E00=＊,N是接触界面处半导体接触电阻率(specificcontactresistance)其定义4E00μF4πmnεSidV＊硅的掺杂浓度,q是电子电荷,mn是电子有效质为ρc≡或ρc≡limRc·ΔS,其中V是外加djV

4、※0ΔS※0量,k是玻尔兹曼常量,h是普朗克常量,εSi是硅的偏压,j是穿过接触区的电流密度,Rc是总的接触电介电常量,μF是硅的费米能级与导带底之间的能量阻,S是接触面积.接触电阻率的大小由带电载流子差,B是势垒高度.但由于微观的金属-半导体接穿过金属-半导体接触的输运机制决定.原则上,欧触载流子的输运一般情况下知道得并不十分确切,姆接触可由功函数比n型半导体低的金属与n型半且多数情况下是几种输运机制都有.所以,对ρc的导体或比p型半导体高的金属与p型半导体接触得[3]理论计算并不十分实用,关键在于实验确定.到.但只有很少的几种金属半导体组合能满足这

5、种条件,绝大多数欧姆接触通过紧靠金属处一高掺2接触电阻率的测量杂的半导体薄层使耗尽层极薄,载流子很容易隧道目前,有许多方法利用不同的接触图形来测量贯穿势垒得到.对n型硅,从理论上可分为三种情金属-半导体接触电阻率.大量的科研事实表明,传况:输线模型在测量ρc的准确度方面优越于其他模型.1)输运机制是热离子发射的情况(TE):kTB下面我们分别就线形传输线和圆形传输线这两种模ρc=expqAkT型进行讨论,同时,也对在此基础上发展的其他测试收稿日期:2004-09-27;修回日期:2005-02-21基金项目:国家自然科学基金资助项目(10274018)

6、;河北师范大学博士基金资助项目(L2003B08)作者简介:甄聪棉(1973—),女,河北定州人,河北师范大学物理学院副教授,博士,主要从事功能材料物理研究.第6期甄聪棉等:欧姆接触中接触电阻率的计算11结构作一归纳总结.在假设接触下半导体的薄层电阻等于体薄层电阻2.1线形传输线模型(TLM)时,TLM是测试欧姆接触电阻率传统且成熟的测WRs=(R1-R2)·(4)l1-l2试模型.图1是这种模型的测试结构图.在半导体技术的文献中[4],有关于这种模型较为详细的论述.在测量出R1和R2后,结合以上分析可得ρc值.图2是电流通过一个接触区域的流向分析.采

7、用TLM对各项参数的测量,理论和实验符合得很好,这表明TLM在计算ρc值上是一种较为准确的方法.但在这个模型中,需要长条形的刻蚀台阶来形成接触以避免电流水平穿过接触边缘,这样使接[5][6]触的制备复杂化.后来,Reeves和Das对于金属-薄层半导体接触电阻发展了圆环结构.2.2圆形传输线模型(CTLM)图1线形传输线模型测试结构图1)三环结构对于圆形结构(如图3所示),既不需要接触圆形与衬底的隔离,也不需要台面刻蚀,因此,使制备接触的过程变得十分简单.按照Reeves等人的分析,定义内部的两接触之间半导体的体电阻为RA,外面的两个接触之间的体电阻为

8、RB.不同半径处的金属-半导体接触电阻表示如图4.内部两个接触的总电阻(即中心圆A与环B之间的