金属与半导体接触后是如何做到欧姆接触的？

随着社会不断进步，科技实力不断增强，集成电路行业迎来了大发展，从原先的SSI到MSI再到LSI发展到现在的VLSI规模，集成度不断提高，门电路数超过万门，集成的元件数更是可达到10万个，行业呈现出一片欣欣向荣的景象。

如此超大规模的集成电路其基础都是由各类元件一部分一部分构成，大型IC制作离不开半导体，现在的晶圆制造厂可以制造出6英寸，8英寸，12英寸等等的晶圆，其制作都是在半导体材料基础上经过道道程序集合各种金属以制成各种小元器件。那么这就需要金属材料，进过蒸镀，溅镀，电镀等方法进行所需的金属制备。不可避免的就会产生半导体金属接触的问题，大家都知道金半接触会产生接触电阻，对于IC芯片我们当然是希望电压控制电流产生线性关系达到可控的要求，所以欧姆接触就非常重要了，那么到底金属与半导体接触之后到底是什么样的原理如何做到欧姆接触呢？这就有必要来探讨下。

这之前我们必须要知道一些概念，首先是逸出功，它是电子克服原子核的束缚，从材料表面逸出所需的最小能量，Wm是金属的逸出功，Ws是半导体的逸出功。由自由电子形成的能量空间，即固体结构内自由电子所具有的能量范围，对于金属，所有价电子所处的能带就是导带，对于半导体，所有的价电子所处的能带是所谓的价带，导带比价带的能量要高。如图1所示Ec称为导带底是导带最低能级，可看成是电子势能。Eo是真空中电子能量，又称为真空能级X=Eo-Ec表示为电子亲合能，即半导体导带底的电子逸出体外所需的最小能量。Ef是费米能级，何谓费米能级呢？我们可以假设一个能级能量为E，如果该能级被电子占据的概率符合一个函数规律为f（E），f（E）称为费米函数。当f（E）=1/2时，得出的E的值对应的能级为费米能级。一般近似的认为费米能级以下的能级都被电子所填充，费米能级处于价带与导带之间能量高于费米能级的在费米能级之上，低的在费米能级下，外层电子排列遵循泡利不相容原则，从低能级排列到高能级，所以以费米能级为界限，能量高于费米能级的量子态基本是空的，能量低于费米能级的量子态基本上全部被电子所占据。

Wm=Eo-EfmWs=Eo-Efs

以N型半导体为例，金属半导体接触时，由于金属与半导体中电子能量状态不一样会发生载流子运动，使得电子从能量高的半导体到能量低的金属（即比较逸出功Wm与Ws,逸出功小的越容易逸出）这就导致半导体与金属接触表面失去电子从而剩下正的电离施主所以显正电，而电子到到达金属，所以金属显负电，因此在金属与半导体交界面处形成了相当于PN结耗尽层一样的叫做肖特基势垒的自建电场，电场方向从N型半导体到金属，此自建电场将阻止电子进入金属，如下图3所示，电子阻挡层就是，肖特基势垒，能带向上弯曲（此能带即为势垒，阻止作用）。当势垒高度增加到半导体电子进入金属与金属电子进入半导体数量相等时达到平衡，它们的费米能级就会重合。而由于N型半导体耗尽层处失去电子之后，电子浓度比N型半导体内部电子浓度低很多，因此它是一个高阻的区域，常称为阻挡层。

图2

图3

当Wm

图4样的道理，对于P型半导体，WmWs,势垒形成的是高导电区域，大家可以自己去试试理清原理，这里就不多详细介绍了。因此为了保证欧姆接触，对于N型半导体可以选择功函数小的金属材料，对于P型半导体可选功函数大的金属材料。