Giunzione MS

44
Dispositivi a semicondutt ore 1 Giunzione MS Problema: Il contatto M-S è sempre presente in un circuito. Come si comporta ?

description

Giunzione MS. Problema: Il contatto M-S è sempre presente in un circuito. Come si comporta ?. Giunzione MS (n doping). E vac. Walter Schottky (1886-1976). e  m =workfunction metallo e  s =workfunction semiconduttore e  s =affinit à elettronica semiconduttore. - PowerPoint PPT Presentation

Transcript of Giunzione MS

Page 1: Giunzione MS

Dispositivi a semiconduttore 1

Giunzione MS Problema: Il contatto M-Sè sempre presente in un circuito. Come si comporta ?

Page 2: Giunzione MS

Dispositivi a semiconduttore 2

Giunzione MS (n doping)

Walter Schottky (1886-1976)

em=workfunction metalloes=workfunction semiconduttorees=affinità elettronica semiconduttore

Evac

Page 3: Giunzione MS

Dispositivi a semiconduttore 3

Page 4: Giunzione MS

Dispositivi a semiconduttore 4

Giunzione MS : caso n Electron Affinity Model (EAM)

e(s-s)m>S

Page 5: Giunzione MS

Dispositivi a semiconduttore 5

Al momento del contatto

Dopo il contatto

Page 6: Giunzione MS

Dispositivi a semiconduttore 6

Giunzione MS

Page 7: Giunzione MS

Dispositivi a semiconduttore 7

VA=potenziale esterno applicato

Page 8: Giunzione MS

Dispositivi a semiconduttore 8

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

Page 9: Giunzione MS

Dispositivi a semiconduttore 9

ND =1

2qεS

1

−d

dV1

C2⎛⎝⎜

⎞⎠⎟

Se ND=cost 1/C2 cresce linearmente con VIntercetta per 1/C2 a zero dà VBI

Page 10: Giunzione MS

Dispositivi a semiconduttore 10

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

Page 11: Giunzione MS

Dispositivi a semiconduttore 11

smbn −=Vari metalli

Page 12: Giunzione MS

Dispositivi a semiconduttore 12

Capacità variabile VaractorS

V

NeVC

bi

D

)(2)(

−=

ε

Page 13: Giunzione MS

Dispositivi a semiconduttore 13

Caso p

m<S

Page 14: Giunzione MS

Dispositivi a semiconduttore 14

Indice di superficie SS =

∂B

∂m

Page 15: Giunzione MS

Dispositivi a semiconduttore 15

Superficie

Page 16: Giunzione MS

Dispositivi a semiconduttore 16

Stati di superficie

Bulk state

Surface state

Page 17: Giunzione MS

Dispositivi a semiconduttore 17

Superficie

Page 18: Giunzione MS

Dispositivi a semiconduttore 18

Stati di superficie e band bending

Page 19: Giunzione MS

Dispositivi a semiconduttore 19

Stati di superficie e band bending

Page 20: Giunzione MS

Dispositivi a semiconduttore 20

Nel realizzare la barriera conta anche la superficie

Page 21: Giunzione MS

Dispositivi a semiconduttore 21

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

Page 22: Giunzione MS

Dispositivi a semiconduttore 22

Giunzione MS : caso n con bias

Page 23: Giunzione MS

Dispositivi a semiconduttore 23

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

Page 24: Giunzione MS

Dispositivi a semiconduttore 24

Corrente termoionica

Page 25: Giunzione MS

Dispositivi a semiconduttore 25

Corrente termoionica

⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛−

⎭⎬⎫

⎩⎨⎧

⎭⎬⎫

⎩⎨⎧ −= 1expexp2

KT

qV

KT

qATJ B

Page 26: Giunzione MS

Dispositivi a semiconduttore 26

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

Page 27: Giunzione MS

Dispositivi a semiconduttore 27

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

Page 28: Giunzione MS

Dispositivi a semiconduttore 28

Caratteristiche generali:•Tensione ginocchio inferiore•Maggiore corrente di perdita

Page 29: Giunzione MS

Dispositivi a semiconduttore 29

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

Page 30: Giunzione MS

Dispositivi a semiconduttore 30

Page 31: Giunzione MS

Dispositivi a semiconduttore 31

Caratteristiche generali:•Tensione ginocchio inferiore•Maggiore corrente di perdita

Page 32: Giunzione MS

Dispositivi a semiconduttore 32

Page 33: Giunzione MS

Dispositivi a semiconduttore 33

Cat whisker radio

Contatto meccanico metallo-semiconduttore(galena PbS): nella radio azione rettificatrice

Page 34: Giunzione MS

Dispositivi a semiconduttore 34

Contatto ohmico:

Resistenza contatto “ piccola”

RC =∂I

∂V

⎝ ⎜

⎠ ⎟V = 0

−1

RC =kBqA*T

exp(qΦn

kBT)

Per la corrente termoionica

Piccole barriere

Page 35: Giunzione MS

Dispositivi a semiconduttore 35

Page 36: Giunzione MS

Dispositivi a semiconduttore 36

Page 37: Giunzione MS

Dispositivi a semiconduttore 37

Contatto Ohmico

Page 38: Giunzione MS

Dispositivi a semiconduttore 38

Contatti Ohmici

0

1

=

−⎟⎠

⎞⎜⎝

⎛∂∂

=V

C VI

R

OK se cresce doping: W diminuisce:tunneling

Page 39: Giunzione MS

Dispositivi a semiconduttore 39

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

Page 41: Giunzione MS

Dispositivi a semiconduttore 41

Con alto doping piccola regione svuotamento e tunneling

Page 42: Giunzione MS

Dispositivi a semiconduttore 42

Page 43: Giunzione MS

Dispositivi a semiconduttore 43

Page 44: Giunzione MS

Dispositivi a semiconduttore 44