[Junction] Ohmic과 Schottky 접합

Ohmic 접합: 옴의 법칙 (V=IR)을 따르는 접합, 선형 접합

Schottky 접합: Potential Barrier인 Schottky가 형성되어 Carrier 이동에 장벽이 있는 것.

이는 특정 전압 이상일 때만 전류가 흐르게 되는 Profile을 가짐.

특히, Metal 과 Semiconductor간의 접합에서 발생. (Like PN Diode)

=> MOSFET에서 Gate를 형성할 때 Si 기판과 Metal Gate 간의 접합을

Schottky에서 Ohmic으로 바꿔주기 위해 Salicide 공정을 진행

접합별 전압-전류 그래프

1. 진공 준위: 전자가 이동하면서 물질에서 완전히 벗어나기까지 필요한 에너지

2. 일함수(∅): 진공 준위와 물질의 페르미 레벨의 차이.

고체의 표면에서 Electron 1개를 빼내는데 필요한 힘

Ex) Gate Φ 증가 -> Fermi Level 하강 -> VFB 하강 -> Vth 하강

3. 전자친화도: 진공 준위와 Conduction band까지의 에너지 차이

특정 물질이 외부로부터 전자를 흡수하는 정도를 나타내는 물리적 특성

 

++PN Junction과 Metal - Semiconductor 접합의 공통점과 차이점

두 접합 모두 Schottky 접합: Carrier가 일정 바이어스 이하에서 단방향 이동만 존재. PN은 양쪽 반도체 모두 Depletion 영역이 형성,

Metal - Semiconductor의 경우에는 반도체 쪽만 Depletion 영역이 형성-> Energy 장벽이 더 작아 문턱 전압이 더 낮음.

 

4가지 접합 분석

예시) Schottky Contact- Metal과 N type Semiconductor - Metal의 일함수가 더 큼

Silicon Interface 부근에서 전자가 빠져나가 Positive임, Salicide

Metal Interface에 전자들이 쌓이고 Semiconductor쪽 Depletion영역 때문에 Capacitance 값을 가져 전자가 양 방향으로 이동하는 것을 억제.

 

 

 

 

기본적인 접합으로 N type의 고농도 도핑은 Metal로 Diffusion을 일으켜 전계를 형성하면서 접합간 장벽(Vbi)를 형성.

이는 Bias가 낮을 땐 전자가 흐르지 못하지만 일정 수준 이상이 된다면 전자가 장벽을 넘어가면서 전류 흐름. (Schottky)

Semiconductor 쪽에 (+) Bias를 걸어주었기 때문에 Band가 아래로 내려가게 되었고, 전자는 반대방향으로 가려는 성질을 가짐.

Majority가 전자이므로 Conduction Band와 페르미 레벨 간의 차이만큼 내려 줌. (머리끄덩이를 잡고 끌어내림)

 

예시) Ohmic Contact- Metal과 N type Semiconductor - Semiconductor의 일함수가 더 큼.

 

 

 

 

전자가 아무 방해없이 쉽게 Metal쪽으로 갈 수 있음 (Ohmic)

Semiconductor 방향의 일함수가 더 크기 때문에 페르미 레벨 차이만큼 Semiconductor를 올려 줌 (머리끄덩이를 잡고 끌어올림)

예시) Ohmic Contact - Metal과 P type Semiconductor - Metal의 일함수가 더 큼.

 

 

 

 

Semiconductor 쪽에 (+) Bias를 걸어주었기 때문에 Band가 아래로 내려가고, 전자는 반대방향으로 가려고 함.

N과 반대로 Majority가 정공이므로 Valance Band와 페르미 레벨 간의 차이만큼 내려 줌. (머리끄덩이를 잡고 끌어내림)

정공은 전자와 달리 장벽이 존재하지 않기 떄문에 자유롭게 Metal로 이동하면서 전류 흐름. (Ohmic)

 

예시) Schottky Contact - Metal과 P type Semiconductor - Semiconductor의 일함수가 더 큼

 

 

P type의 고농도 도핑은 Metal로 Diffusion을 일으켜 전계를 형성하면서 접합간 장벽(Vbi)를 형성.

이는 Bias가 낮을 땐 정공이 흐르지 못하지만 일정 수준 이상이 된다면 전자가 장벽을 넘어가면서 전류가 흐름. (Schottky)

Semiconductor 방향의 일함수가 더 크기 때문에 페르미 레벨 차이만큼 Semiconductor를 올려 줌 (머리끄덩이를 잡고 끌어올림)