Transcript Contacts Ohmiques

Contact Métal Semi-conducteur
Diode Schottky
1
Contact Métal/SC: diode Schottky

Plusieurs applications:





Interconnexions
Contact Ohmique
Diode à barrière Schottky
Survol des jonctions Isolant/SC
État de l’art
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
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 eM 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.

Affinité électronique
e SC :l’affinité
électronique qui est la différence d’énergie entre le niveau de
vide et la bande de conduction BC.
6
Diode Schottky

Formation du contact:
eM  eSC

Ici

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
7
Contact ohmique ou redresseur ?
« ohmique »
em  es
Semi-conducteur type n
« redresseur »
em  es
8
Contact ohmique ou redresseur ?
« ohmique »
em  es
Semi-conducteur type p
« redresseur »
em  es
9
Contact ohmique ou redresseur ?
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  Eg  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
dx2
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 N 
 A
dQ
 A SC d   SC
dV
W
 2(Vbi  V ) 
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 thermoionique: 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  NC 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
Le courant d’électrons du semi-conducteur vers le
métal est alors simplement donné par :
b

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  
  eV  
exp   1
  kT  
constante de Richardson 
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
E0  f ( N d , m* ,...)
20
Circuit équivalent en petits signaux

Éléments du circuit équivalent:

Résistance dynamique
dV
Rd 
dI

Capacité différentielle
 eN d  SC 

C d  A
 2(Vbi  V ) 

1
2
Cs
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-secondes
22