chap3

Contact Métal Semiconducteur
Diode Schottky
1
Contact Métal/SC: diode Schottky

Plusieurs applications:





Interconnexions
Contact Ohmique
Diode à barrière Schottky
Survol des jonctions Isolant/SC
Comparaison PN vs Schottky
2
Les interconnexions


Actuellement, 6 à 8
niveaux de métal sur les
« puces » (=> 10)
Problèmes :




Retards du signal
Échauffement
Compatibilité/ diffusion
avec le dispositif
Utilisation croissante de
la technologie « cuivre ».
3
Les interconnexions


Matériau à faible
constante diélectrique
« low k »
Résistivité les plus
faibles possibles : filière
Cu
C S
d
R l
S
 RC
4
5
intel
Empilement de couches métal
6
Diode Schottky

Quelques définitions (2!)

Travail de sortie
eM
: Le travail de sortie est
l’énergie qu’il faut fournir à un électron dans le métal pour
l’extraire du métal. On l’appellera
et son unité sera
l’électronvolt. Il est définit comme la différence entre le niveau de
vide et le niveau de Fermi dans le métal. eM

Affinité électronique
e SC
:l’affinité électronique
qui est la différence d’énergie entre le niveau de vide et la bande
de conduction BC.
7
Diode Schottky

Formation du contact:
 Ici
eM  eSC

Apparition d’une barrière
énergétique pour les électrons
du métal :
e b  e M  e SC

Apparition d’une barrière
énergétique pour les électrons
du SC :
eVbi  eVd  e M  e SC  e MS
8
Contact ohmique ou
redresseur ?
« ohmique »
em  es
Semi-conducteur type n
« redresseur »
em  es
9
Contact ohmique ou
redresseur ?
« ohmique »
em  es
Semi-conducteur type p
« redresseur »
em  es
10
Contact ohmique ou
redresseur ?

Mais présence d’états d’interface qui
change le problème « simpliste » ci
dessus
11
Diode Schottky: états
d’interfaces
e b  e M  e SC
e b  E g  e 0  cte
eVbi  eVd  e M  e SC  e MS
12
Contacts Ohmiques


« arrivée » des interconnexions sur le
dispositifs.
Un contact ohmique:



Pas de chute de potentiel
résistance au courant la plus faible possible
Comment ?
13
Contacts Ohmiques

réalisation d’un
contact ohmique


Il faut sur-doper le SC
à l’interface
Le courant passe
essentiellement par
effet « tunnel ».
14
Caractéristiques Capacité – Tension C(V).

Résultats identiques à
une jonction P+N:
d 2V ( x)
 ( x)


 SC
dx 2
E ( x)  
eN d
 SC
(x  W )
W
CA
eN d x 2
V ( x)  
(  Wx)
 SC 2
2 SC (Vbi  V )
eN d
1
2
 e SC N d 
 SC A
dQ
 A


dV
2
(
V

V
)
W
 bi

15
Courant dans une diode Schottky :I(V)

Plusieurs mécanismes
responsables du courant:



Courant thermo-ionique
Courant tunnel (SC
fortement dopé)
Différence fondamentale
par rapport diode PN:

Courant direct  courant
de majoritaires !!
16
Courant dans une diode Schottky :I(V)
Courant thermoïonique: les électrons qui arrivent à
franchir la barrière e(Vbi-V) forment ce courant:
 e(Vbi  V ) 
nb  n0 exp 

kT


avec
 E  EF 
n0  N C exp  C
kT 

Soit encore :
 E  E F  Vbi  V 
 e( b  V ) 
nb  N C exp  C

N
exp

C



kT
kT




17
Courant dans une diode Schottky :I(V)

On peut montrer (Singh) que le flux d’électrons
franchissant la barrière de potentiel est  v  n 4 où
est la vitesse moyenne des électrons .
v
b

Le courant d’électrons du semi-conducteur vers le
métal est alors simplement donné par :
I SM (V ) 

ev A
 e( b  V ) 
N C exp 

4
kT


Si la tension de polarisation est nulle, il y a
équilibre entre le courant M -> SC et le courant
SC -> M, le courant est nul.
I MS
ev A
 e(  b ) 
  I SM (0)  
N C exp 

4
 kT 
18
Courant dans une diode Schottky :I(V)

Si on polarise le système, IMS = cte = IS et le courant
est donné par:
I  I SM  I MS

 eV  
 I S  exp    1
 kT  

Ce qui se réécrit ( dans la statistique de MB):
 m* ek 2  2
 e b
I  A 2 3 T exp  
 kT
 2  
constante de Richardson

  eV  
exp    1
  kT  
19
Courant dans une diode Schottky :I(V)

L’autre composante majeure du courant:

L’effet tunnel (cas de diode fortement dopée)
I tunnel
eV
 AJ exp( )
E0
t
0
avec
E 0  f ( N d , m * ,...)
20
Circuit équivalent en petits signaux

Éléments du circuit équivalent:
 Résistance dynamique
dV
Rd 
dI
 Capacité différentielle ou de
jonction
1
Cs
 eN d  SC  2

C d  A
2
(
V

V
)
bi



Résistance série de la diode
RS  Rcontacts  RRN

Inductance parasite
LS

Capacité « géométrique » de
la diode
C géom 
 SC A
L
21
Comparaison PN vs Schottky
Diode p-n
Courant inverse fct des
majoritaires => forte
dépendance en température
Courant direct fct des
minoritaires injectés depuis
les régions n et p
Diode schottky
Courant inverse fonction de
majoriaires qui « saute » la
barrière  dépence en
température plus faible
Courant direct fct des
majoritaires
Nécessité de polariser le
« dispo » pour mise en
.conduction
Tension de mise en
conduction faible
Commutation contrôlée par
la recombinaison (disparition)
des porteurs minoritaires
Commutation contrôlée par
Thermalisation des électrons
Injectés => qq pico-secondes22
hétérojonction

Contact entre 2 matériaux semiconducteurs différents 
gaps différents  discontinuité des bandes à la jonction.
EC  e(  n   p )
EC  EV  E g
23
Mise à l’équilibre SC(n)/Sc(P)
24
Mise à l’équilibre
SC(n)/Sc(N)
25
Création d’un gaz électronique
bidimensionnel
26