Giunzione MS
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Dispositivi a semiconduttore 1
Giunzione MS Problema: Il contatto M-Sè sempre presente in un circuito. Come si comporta ?
Dispositivi a semiconduttore 2
Giunzione MS (n doping)
Walter Schottky (1886-1976)
em=workfunction metalloes=workfunction semiconduttorees=affinità elettronica semiconduttore
Evac
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Giunzione MS : caso n Electron Affinity Model (EAM)
e(s-s)m>S
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Al momento del contatto
Dopo il contatto
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Giunzione MS
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VA=potenziale esterno applicato
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Capacità
Q =qNDW = 2qNDεS(VBI −Vext −kBTe
)⎡⎣⎢
⎤⎦⎥
12
C =qNDεS
2(VBI −Vext −kBTe
)
⎡
⎣
⎢⎢⎢
⎤
⎦
⎥⎥⎥
12
=εS
W
1C2 =
2(VBI −Vext −kBTe
)
qNDεS
Spettroscopia C-V
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ND =1
2qεS
1
−d
dV1
C2⎛⎝⎜
⎞⎠⎟
Se ND=cost 1/C2 cresce linearmente con VIntercetta per 1/C2 a zero dà VBI
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Calcolo barriera potenziale
€
1
C2=
2(Vbi −V )
eεND
€
1
C2(V = 0)=
2VbieεND
=1.8107 m4
F 2
€
Vbi = 0.4V
3212
105.2)0(2 −== m
eCV
N biD ε
eVN
NKTEE
D
CFC 25.0ln =⎟⎟
⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛=−
eVq
EE FCbibn 65.0=
−+=
€
VBn
€
Vbn =Vbi +Ec − EFq
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smbn −=Vari metalli
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Capacità variabile VaractorS
V
NeVC
bi
D
)(2)(
−=
ε
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Caso p
m<S
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Indice di superficie SS =
∂B
∂m
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Superficie
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Stati di superficie
Bulk state
Surface state
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Superficie
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Stati di superficie e band bending
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Stati di superficie e band bending
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Nel realizzare la barriera conta anche la superficie
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Limiti validità EAM:Effetti di superficie: Fermi-Level Pinning (III-As, III-P) .Il livello di Fermi alla superficie è ad energia fissata a prescindere dal metallo con cui realizzo il diodo
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Giunzione MS : caso n con bias
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Corrente di maggioritari:1) Emissione termoionica2) Tunneling: conta per barriere sottili ad alti drogaggi
Per emissione di campo si intende il tunneling di elettroni vicini al livello di Fermi
Per doping ≤1017cm-3 @300K conta emissione termoionica
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Corrente termoionica
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Corrente termoionica
⎟⎟⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛−
⎭⎬⎫
⎩⎨⎧
⎭⎬⎫
⎩⎨⎧ −= 1expexp2
KT
qV
KT
qATJ B
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Calcolo emissione termoionica
JS→ M = qvxdnEF +qφBn
∞
∫
dn=D(E) f(E)dE
vx → E =EC +12
m*v2
Hp:qφBn >> kBT
f(E) ≈exp(−E / kBT )
dn =2m*
hexp(−qV / kBT )exp(−
m*v2
2kBT)4πv2dv
4πv2dv=dvxdvydvz
vy,vz → (0,∞)
vx,min =2em* (VBI −V) → ∞
J S→ M =A*T 2 exp(−qφBn / kBT )exp(qV / kBT )
A*=Costante di Richardson120m*/m0 A/(Kcm)2
A* =4πem*kB
2
h3 =eNCv4T 2
v=3kBT
m
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J=JS-M-JM-S=JS(exp(qV/kBT)-1)
JM→ S =A*T 2 exp(−qφBn / kBT ) =cost=J S
JS: corrente di saturazione, cresce con T
J =AT 2 exp −qBn
KT⎧⎨⎩
⎫⎬⎭
expqVKT
⎧⎨⎩
⎫⎬⎭−1
⎛⎝⎜
⎞⎠⎟
Caratteristica diodo Schottky ideale
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Caratteristiche generali:•Tensione ginocchio inferiore•Maggiore corrente di perdita
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Effetto Schottky:Riduzione potenziale contatto dovuto ad effetto cariche immagineEffetto trascurabile per contatti con semiconduttori con costante dielettrica ≈10
Gli elettroni nel semiconduttore “ vedono” una superficie metallica equipotenziale.Un elettrone -e nel punto x del SC_Una carica immagine +e nel punto -x Dipende dal bias
Aumento emissione termoionica
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Caratteristiche generali:•Tensione ginocchio inferiore•Maggiore corrente di perdita
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Cat whisker radio
Contatto meccanico metallo-semiconduttore(galena PbS): nella radio azione rettificatrice
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Contatto ohmico:
Resistenza contatto “ piccola”
€
RC =∂I
∂V
⎛
⎝ ⎜
⎞
⎠ ⎟V = 0
−1
RC =kBqA*T
exp(qΦn
kBT)
Per la corrente termoionica
Piccole barriere
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Contatto Ohmico
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Contatti Ohmici
0
1
=
−⎟⎠
⎞⎜⎝
⎛∂∂
=V
C VI
R
OK se cresce doping: W diminuisce:tunneling
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Contatti Ohmici: deposizione eutettica
Una miscela eutettica (dal greco eu = buono, facile; tettico = da fondere) è una miscela di sostanze il cui punto di fusione è più basso di quello delle singole sostanze che la compongono (da cui il nome "facile da fondere").
Nella lega per formare il contattoc’è un elemento drogante per il SC
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Material Contact materials
Si Al, Al-Si, TiSi2, TiN, W, MoSi2, PtSi, CoSi2, WSi2
Ge In, AuGa, AuSb
GaAs AuGe, PdGe, Ti/Pt/Au
GaN Ti/Al/Ti/Au, Pd/Au
InSb In
ZnO InSnO2, Al
CuIn1-xGaxSe2 Mo, InSnO2
HgCdTe In
Contatti Ohmici
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Con alto doping piccola regione svuotamento e tunneling
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