허미 접촉

Ohmic contact

옴 접촉이란 옴의 법칙과 같이 선형 전류-전압(I-V) 곡선을 가진 두 도체 사이의 접속점이다. 저저항 오미크 접점은 정류로 인한 차단이나 전압 임계값으로 인한 과도한 전력 소산으로 인해 차단되지 않고 두 도체 사이에서 양방향으로 쉽게 전하가 흐를 수 있도록 하기 위해 사용된다.

이와는 대조적으로 선형 I-V 곡선을 나타내지 않는 접합부 또는 접점을 비혼합이라고 한다. 비 발광 접점은 p-n 접합, 쇼트키 장벽, 이질 결합 교정 또는 고장 접합과 같은 여러 가지 형태로 나타난다.

일반적으로 "오미콘택트"라는 용어는 반도체와 금속의 오미콘택트(himmic contact)를 의미하는데, 오미콘택트 저항은 가능하지만 신중한 기술이 필요하다. 금속-금속 오미크 접점은 절연 오염, 과도한 거칠기 또는 산화 층을 개입시키지 않고 금속들 사이의 직접 접촉을 보장함으로써 상대적으로 만들기 더 간단하다. 다양한 기법을 사용하여 옴금속-금속 접합(땜질, 용접, 크림핑, 증착, 전기 도금 등)을 만든다. 이 기사는 금속-반도체 허미 접촉에 초점을 맞추고 있다.

반도체 인터페이스에서의 안정적인 접점은 낮은 접점 저항과 선형 I-V 동작으로 반도체 소자의 성능과 신뢰성에 매우 중요하며, 그 준비와 특성화가 회로 제작의 주요 노력이다. 준비 상태가 불량한 반도체 접합부는 접합부 부근의 반도체를 고갈시켜 정류 동작을 쉽게 나타낼 수 있으며, 이러한 장치와 외부 회로 사이의 전하 흐름을 차단하여 장치를 무용지물로 만들 수 있다. 반도체와 접촉하는 옴은 일반적으로 신중하게 선택된 구성의 얇은 금속 필름을 투하하여 구성되며, 반도체-금속 본드를 변경하기 위한 미늘링(annealing)이 뒤따를 수 있다.

금속-반도체 허미접합부 형성의 물리학

주요 기사: 금속-반도체 접합부

옴 접촉과 쇼트키 장벽은 모두 전자가 반도체에서 금속으로 전달하기 위해 필요한 초과 에너지의 임계값을 설정하는 쇼트키 장벽 높이에 의존한다. 접합부가 양방향으로 전자를 쉽게 받아들이려면(오크 접촉) 적어도 접합 표면의 일부 부분에서는 장벽 높이가 작아야 한다. 우수한 옴 접촉(저저항)을 형성하기 위해서는 장벽 높이가 어디에서나 작아야 하며 더 나아가 인터페이스는 전자를 반사하지 않아야 한다.

금속과 반도체 사이의 쇼트키 장벽 높이는 쇼트키-모트 규칙에 의해 금속-진공 작업 함수와 반도체-진공 전자 친화력의 차이에 비례한다고 순진하게 예측된다. 실제로 대부분의 금속-반도체 인터페이스는 예측한 정도까지 이 규칙을 따르지 않는다. 대신에, 금속에 대한 반도체 결정의 화학적 종단은 그것의 밴드 간격 내에 전자 상태를 생성한다. 이러한 금속 유도 갭 상태의 특성과 전자에 의한 점유율은 밴드 갭의 중심을 페르미 레벨에 고정시키는 경향이 있는데, 이는 페르미 레벨 핀딩이라고 알려진 효과다. 따라서 금속-반도체 접촉에서 쇼트키 장벽의 높이는 종종 쇼트키-모트 규칙과 극명한 대조를 이루면서 반도체나 금속 작업 기능의 가치에 거의 의존하지 않는 경우가 많다.[1] 반도체에 따라 이 페르미 레벨이 다른 정도로 고정되어 있지만, 기술적 결과는 실리콘이나 갈륨 비소와 같은 중요한 반도체에서 고품질(저저항)의 발광 접점이 형성되기 어렵다는 것이다.

작업기능이 높은 금속은 p형 반도체에 가장 적합한 접점을 형성하고, 작업기능이 낮은 금속은 n형 반도체에 가장 적합한 접점을 형성하기 때문에 쇼트키-모트 규칙이 완전히 틀린 것은 아니다. 불행히도 실험은 모형의 예측력이 이 문장을 크게 벗어나지 않는다는 것을 보여주었다. 현실적인 조건에서 접촉 금속은 반도체 표면과 반응하여 새로운 전자적 특성을 가진 화합물을 형성할 수 있다. 인터페이스의 오염 층은 장벽을 효과적으로 넓힐 수 있다. 반도체 표면은 새로운 전자 상태로 이어지는 재구성될 수 있다. 접촉 저항의 의존성은 계면 화학의 세부사항에 대한 접촉 저항의 의존성이 그러한 제조상의 도전으로 만드는 것이다.

옴 접점의 준비 및 특성화

허혈 접촉의 제작은 그럼에도 불구하고 예술로 남아 있는 재료 공학에서 많은 연구가 필요한 부분이다. 접촉부의 재현 가능하고 신뢰할 수 있는 제작은 반도체 표면의 극도의 청결에 의존한다. 예를 들어, 실리콘 표면에 산화물(Native oxide)이 빠르게 형성되기 때문에, 접촉의 성능은 준비의 세부사항에 따라 민감하게 좌우될 수 있다. 종종 접촉 지역은 원하는 접촉 유형을 보장하기 위해 심하게 도핑되어 있다. 일반적으로 반도체가 분기점 근처에서 고도로 도핑되었을 때 반도체의 허혈 접촉은 더 쉽게 형성된다; 높은 도핑은 인터페이스의 고갈 영역을 좁히고 장벽으로 터널을 통과함으로써 어떤 바이어스에서도 전자가 양방향으로 쉽게 흐를 수 있게 한다.

접촉 제작의 기본 단계는 반도체 표면 청소, 접촉 금속 증착, 패터닝 및 어닐링이다. 표면 청소는 스퍼터 에칭, 화학적 에칭, 반응성 가스 에칭 또는 이온 밀링에 의해 수행될 수 있다. 예를 들어 실리콘의 고유산화물은 불산 딥으로 제거할 수 있는 반면, GaAs는 브롬-메탄올 딥에 의해 더 전형적으로 세척된다. 세척 후 금속은 스퍼터 증착, 증발 또는 화학증기 증착(CVD)을 통해 침전된다. 스퍼터링은 증발보다 빠르고 편리한 금속 퇴적 방법이지만 플라즈마로부터의 이온 폭격이 표면의 표면 상태를 유도하거나 심지어 전하 운반체 유형을 반전시킬 수도 있다. 이러한 이유로 더 온화하지만 여전히 빠른 CVD가 점점 더 선호되고 있다. 접촉부의 패터닝은 리프트오프와 같은 표준 광석학적 방법으로 수행되며, 이후 용해되는 광자 층의 구멍을 통해 접촉 금속이 침전된다. 콘택트 후 분리는 금속과 반도체 사이의 바람직한 반응을 유도할 뿐만 아니라 스트레스 해소에 유용하다.

침전된 금속은 주변 조건에서 스스로 산화할 수 있기 때문에 접촉부의 전기적 성질을 손상시킬 수 있기 때문에 층층이 있는 구조물을 가진 허혈 접촉체를 형성하는 것이 일반적이다. 반도체와 접촉하는 하층부는 옴의 행동을 유도하는 능력 때문에 선택된다. 상층부는 반응성이 낮기 때문에 선택된다. 선택적으로 3층 구조물을 사용할 수 있다. 이 경우 중간층은 확산 방벽의 역할을 하며, 어떤 어닐링 과정에서도 금속이 혼합되지 않도록 방지한다.

접촉 저항의 측정은 4점 프로브를 사용하여 수행되지만, 보다 정확한 결정을 위해 트랜스미션 라인 방법을 사용하는 것이 일반적이다.

기술적으로 중요한 종류의 연락처

티타늄-텅스텐 탈염제와 같은 실리콘에 대한 현대적인 옴의 접촉은 대개 CVD에 의해 만들어진 실리콘이다. 접촉은 종종 전환 금속을 침전시키고, 산화질소가 비스토리히메트릭이 될 수 있는 결과를 가지고 분쇄함으로써 사일산을 형성하는 것으로 이루어진다. 또한 사일레이트 접점은 화합물의 직접 스퍼터링 또는 전환 금속의 이온 삽입에 의해 침전될 수 있다. 알루미늄은 n형 또는 p형 반도체와 함께 사용할 수 있는 실리콘의 또 다른 중요한 접촉 금속이다. 다른 반응성 금속과 마찬가지로 앨은 토종 산화물의 산소를 소비함으로써 접촉 형성에 기여한다. 규산염은 특히 후속 고온 가공 과정에서 더 많은 내화물질이 의도하지 않은 영역으로 확산되기 쉽기 때문에 부분적으로 Al을 대체했다.

복합 반도체에 대한 접점 형성은 실리콘에 비해 상당히 어렵다. 예를 들어, GaAs 표면은 비소가 손실되는 경향이 있고, 금속의 침적으로 인해 손실 추세가 상당히 악화될 수 있다. 또한, As의 변동성은 GaAs 기기가 용인할 수 있는 사후처분의 양을 제한한다. GaAs와 다른 복합 반도체를 위한 한 가지 해결책은 도핑이 심한 층이 아닌 저대역갑 합금 접촉층을 예치하는 것이다. 예를 들어, GaAs 자체는 AlGaAs보다 더 작은 밴드갭을 가지고 있기 때문에 그것의 표면 가까이에 있는 GaAs의 층은 허혈적인 행동을 촉진할 수 있다. 일반적으로 III-V와 II-VI 반도체의 허혈 접촉 기술은 Si에 비해 훨씬 덜 발달되어 있다.

재료 콘택트 재료
SI Al, Al-Si, TiSi2, TiN, W, MoSi2, PtSi, CoSi2, WSi2
Ge In, Auga, AuSb
가아스 AuGe, PdGe, PdSi, Ti/Pt/Au
가엔 Ti/Al/Ni/Au, Pd/Au
InSb 인
ZnO InSnO2, Al
쿠인가세1−xx2 모, InSnO2
HgCdTe 인
C(다이아몬드) Ti/Au, Mo/Au

활성 매트릭스 LCD 디스플레이, 레이저 다이오드, 광전자 장치 등의 광전자 장치에는 투명 또는 반투명 접점이 필요하다. 가장 인기 있는 선택은 인듐 주석 산화물인데, 산화물 대기에서 In-Sn 표적의 반응성 스퍼터링에 의해 형성되는 금속이다.

의의

접촉 저항과 관련된 RC 시간 상수는 장치의 주파수 응답을 제한할 수 있다. 리드 저항의 충전 및 방전은 높은 클럭 속도 디지털 전자 장치의 전력 소산의 주요 원인이다. 접촉 저항은 저주파 및 덜 일반적인 반도체로 만들어진 아날로그 회로(예: 태양전지)에서 줄 가열로 인한 전력 소산을 야기한다. 접촉 제작 방법론의 확립은 새로운 반도체의 기술 발전에 중요한 부분이다. 접점에서의 전기화 및 방전 또한 전자기기의 수명에 대한 제한이다.

참조

  1. ^ "Barrier Height Correlations and Systematics".

참고 항목