什么是肖特基接觸和歐姆接觸

肖特基接觸（Schottky contact）是指金屬與半導(dǎo)體材料相接觸時(shí)，在界面處半導(dǎo)體的能帶彎曲，形成一個(gè)勢(shì)壘，稱為肖特基勢(shì)壘。這個(gè)勢(shì)壘可以控制電子的流動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)電流的整流和調(diào)制。由于功函數(shù)差導(dǎo)致界面處形成勢(shì)壘，使得電流電壓關(guān)系呈非線性。

金屬與N型半導(dǎo)體接觸時(shí)，若Wm＞W(wǎng)s，半導(dǎo)體表面形成表面勢(shì)壘。在勢(shì)壘區(qū)，空間電荷主要由電離施主形成，電子濃度比體內(nèi)小得多，是一個(gè)高阻區(qū)域，稱為阻擋層。界面處的勢(shì)壘通常稱為肖特基勢(shì)壘。

歐姆接觸（Ohmic contact）則是指金屬與半導(dǎo)體接觸時(shí)，接觸面的電阻很小，電流電壓關(guān)系呈線性，不產(chǎn)生明顯的附加阻抗。在歐姆接觸中，金屬與半導(dǎo)體之間沒有形成明顯的勢(shì)壘，電子可以自由地通過金屬和半導(dǎo)體。

反阻擋層接觸（歐姆接觸）

若Wm＜Ws，金屬與N型半導(dǎo)體接觸時(shí)，電子將從金屬流向半導(dǎo)體，在半導(dǎo)體表面形成付的空間電荷區(qū)，電場(chǎng)方向由表面指向體內(nèi)，Vs＞0，能帶向下彎曲。這里電子濃度比體內(nèi)大得多，因而是一個(gè)高導(dǎo)電的區(qū)域，稱之為反阻擋層。

肖特基接觸的形成機(jī)理是什么？

肖特基接觸的形成機(jī)理主要涉及以下幾個(gè)方面：

費(fèi)米能級(jí)釘扎：當(dāng)金屬與半導(dǎo)體接觸時(shí)，由于能帶結(jié)構(gòu)的差異，電子會(huì)從能量較高的半導(dǎo)體流向能量較低的金屬。在半導(dǎo)體中留下正電中心，這種現(xiàn)象類似于pn結(jié)中的情況。費(fèi)米能級(jí)的釘扎是肖特基勢(shì)壘形成的主要原因，而費(fèi)米能級(jí)釘扎則源于界面新相的形成或界面極化鍵的存在。

界面層的影響：金屬與半導(dǎo)體之間的界面層會(huì)影響肖特基勢(shì)壘的高度（SBH）。界面層的存在使得SBH對(duì)功函數(shù)的依賴減弱，并且SBH與外加偏壓有關(guān)

多種因素的影響：除了費(fèi)米能級(jí)釘扎和界面層外，其他因素如界面晶向、原子結(jié)構(gòu)、化學(xué)鍵和結(jié)構(gòu)不完整性等也會(huì)導(dǎo)致SBH的空間不均勻。

電荷流動(dòng)：肖特基勢(shì)壘的變化與界面電荷流動(dòng)密切相關(guān)。隨著層間距的增加，界面電荷轉(zhuǎn)移越來越弱，導(dǎo)致費(fèi)米能級(jí)向上平移，從而影響肖特基勢(shì)壘的類型（由p型接觸向n型轉(zhuǎn)變）。

肖特基接觸的形成機(jī)理主要包括費(fèi)米能級(jí)釘扎、界面層的影響以及多種因素的綜合作用。

歐姆接觸在不同材料之間的表現(xiàn)有何差異？

歐姆接觸在不同材料之間的表現(xiàn)存在顯著差異，主要體現(xiàn)在接觸電阻率、金屬選擇和退火條件等方面。

金屬與半導(dǎo)體的歐姆接觸：

在金屬Al和Ni與Si襯底上外延生長(zhǎng)的p型Ge和n型Ge材料之間，歐姆接觸的比接觸電阻率較高，這制約了Si基Ge器件的性能。

對(duì)于p-GaN材料，由于難以獲得高空穴濃度的p-GaN和缺少合適的金屬體系，很難實(shí)現(xiàn)低比接觸電阻率的歐姆接觸。此外，不同厚度的Ni電極在不同退火溫度和氣氛下對(duì)p-GaN的歐姆接觸性能也有影響。

寬帶隙半導(dǎo)體的歐姆接觸：

在AlGaN、GaN等寬帶隙半導(dǎo)體上制備低電阻的歐姆接觸較為困難，因?yàn)檫@些材料的帶隙較窄，通常需要優(yōu)化退火工藝來改善接觸性能。可以參考文章GaN的歐姆接觸實(shí)驗(yàn)

碳化硅（SiC）的歐姆接觸：

SiC材料中p型雜質(zhì)的離化能比n型雜質(zhì)的離化能高，優(yōu)質(zhì)的p型SiC歐姆接觸更難于形成。傳統(tǒng)Al基金屬體系和非傳統(tǒng)Al基金屬體系在p型SiC材料上形成歐姆接觸的研究表明，選擇合適的金屬和優(yōu)化退火條件是關(guān)鍵。

其他材料的歐姆接觸：

石墨烯與金屬的歐姆接觸研究顯示，載流子從金屬進(jìn)入石墨烯的過程復(fù)雜，且難以考慮半導(dǎo)體材料薄膜電阻的影響。

不同材料之間的歐姆接觸表現(xiàn)差異主要體現(xiàn)在接觸電阻率、金屬選擇和退火條件等方面。

如何測(cè)量和計(jì)算肖特基勢(shì)壘和歐姆接觸的特性？

測(cè)量和計(jì)算肖特基勢(shì)壘和歐姆接觸的特性可以通過以下幾種方法：

熱激活法：

熱激活法可以用來測(cè)定肖特基勢(shì)壘二極管的品質(zhì)因子n和串聯(lián)電阻R。正確測(cè)量的條件包括檢查肖特基勢(shì)壘二極管的伏安特性

通過熱激活法還可以測(cè)定理查遜常數(shù)A和肖特基勢(shì)壘高度qφb。

電流-電壓（IV）特性曲線：

通過IV特性曲線可以確定平帶勢(shì)壘高度，進(jìn)而計(jì)算出肖特基勢(shì)壘高度。

實(shí)驗(yàn)中，將電流作為非線性函數(shù)進(jìn)行擬合，可以得到非常接近實(shí)際情況的勢(shì)壘高度。

循環(huán)伏安法（CV法）：

CV法是一種常用的方法來測(cè)定肖特基勢(shì)壘高度。通過CV曲線，可以定義勢(shì)壘高度的一個(gè)簡(jiǎn)單表達(dá)式：?bc=n?b0-(n-1)(?s+V2)，其中?b0是平帶勢(shì)壘高度，?s是表面態(tài)勢(shì)壘高度，V2是施加電壓。

原子分辨方法：

這種方法基于原子特定的部分態(tài)密度（pdos）計(jì)算，進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)了與電導(dǎo)測(cè)量一致的有效肖特基勢(shì)壘高度（sbh）的計(jì)算。這種方法可以用于研究金屬-半導(dǎo)體異質(zhì)結(jié)處sbh的變化。

歐姆接觸電阻率的測(cè)量和計(jì)算：

測(cè)量和計(jì)算金屬-半導(dǎo)體歐姆接觸電阻率的方法包括矩形傳輸線模型、圓點(diǎn)傳輸線模型和多圓環(huán)傳輸線模型等。

圓形一般會(huì)比矩形傳輸線模型準(zhǔn)確一些。

肖特基接觸與歐姆接觸在現(xiàn)代電子設(shè)備中的應(yīng)用有哪些區(qū)別和聯(lián)系？

肖特基接觸與歐姆接觸在現(xiàn)代電子設(shè)備中的應(yīng)用有顯著的區(qū)別和聯(lián)系。

從定義上看，肖特基接觸是指金屬和半導(dǎo)體材料相接觸時(shí)，在界面處半導(dǎo)體的能帶彎曲，形成肖特基勢(shì)壘，導(dǎo)致大的界面電阻。這種接觸具有整流特性，即電流只能在一個(gè)方向上流動(dòng)。相反，歐姆接觸是指在接觸處沒有或僅有非常小的勢(shì)壘，使得載流子可以自由流動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)低電阻的導(dǎo)電路徑。歐姆接觸的理想狀態(tài)是電阻越小越好，這樣大部分電壓降會(huì)出現(xiàn)在活動(dòng)區(qū)而不是接觸面。

在實(shí)際應(yīng)用中，這兩種接觸方式的應(yīng)用場(chǎng)景也有所不同。肖特基接觸由于其整流特性，常用于需要單向?qū)щ姷膱?chǎng)合，如二極管和整流器。而歐姆接觸則廣泛應(yīng)用于需要高導(dǎo)電性的場(chǎng)合，如晶體管的源極和漏極之間的連接。

此外，肖特基接觸和歐姆接觸之間存在一定的聯(lián)系。例如，在某些二維材料中，很難形成固有的歐姆接觸，因此研究者常常采用肖特基接觸作為替代方案。同時(shí)，通過調(diào)控材料的費(fèi)米能級(jí)位置，可以實(shí)現(xiàn)從肖特基接觸向歐姆接觸的過渡。

總之，肖特基接觸和歐姆接觸在現(xiàn)代電子設(shè)備中各有其獨(dú)特的應(yīng)用場(chǎng)景和優(yōu)勢(shì)。肖特基接觸適用于需要整流特性的場(chǎng)合，而歐姆接觸則適用于需要高導(dǎo)電性的場(chǎng)合。

肖特基接觸和歐姆接觸對(duì)電路設(shè)計(jì)有哪些具體影響？

肖特基接觸和歐姆接觸對(duì)電路設(shè)計(jì)有顯著的不同影響。

肖特基接觸：

電流輸運(yùn)機(jī)理：肖特基接觸的電流輸運(yùn)主要通過熱電子發(fā)射（thermionic emission, TE）和熱電子場(chǎng)發(fā)射（thermoelectric field emission, TFE）機(jī)制進(jìn)行。這些機(jī)制在光伏器件、高速集成電路和微波技術(shù)等領(lǐng)域中非常重要。

勢(shì)壘高度：肖特基接觸的勢(shì)壘高度對(duì)隧道電流的大小有重要影響。不同的金屬功函數(shù)會(huì)影響器件的伏安特性，例如功函數(shù)增加會(huì)導(dǎo)致漏極電流減小。

直接隧穿效應(yīng)：在高溫、高頻、大功率等應(yīng)用中，肖特基接觸的直接隧穿效應(yīng)會(huì)顯著影響器件性能。

材料選擇：不同材料的肖特基接觸特性也有所不同，例如Cu與IGZO的肖特基接觸特性會(huì)隨AlOx隧穿層厚度變化而變化。

歐姆接觸：

電阻率：歐姆接觸的電阻率是設(shè)計(jì)中的一個(gè)關(guān)鍵參數(shù)。例如，在SiC MOSFET設(shè)計(jì)中，N型歐姆接觸電阻率低于1E-4mOhm·cm時(shí)，可以設(shè)計(jì)較窄的源極區(qū)而不增加器件導(dǎo)通電阻。

退火溫度：退火溫度對(duì)歐姆接觸性能有重要影響。溫度過高或過低都會(huì)導(dǎo)致電阻率的增加和電流的減小。

電壓降：歐姆接觸的電壓降遠(yuǎn)小于器件任何作用區(qū)的電壓降，其電流-電壓特性在正反兩個(gè)方向偏置下都呈線性，這種非常小的電壓降的存在，對(duì)半導(dǎo)體器件特性的影響一般可以忽略。