Одним из основных преимуществ использования диода Шоттки по сравнению с обычным диодом является низкое прямое падение напряжения. Это позволяет диоду Шоттки потреблять меньшее напряжение, чем стандартный диод, используя всего 0,3-0,4 В на переходах. На графике ниже видно, что прямое падение напряжения примерно на 0,3 В начинает значительно увеличивать ток в диоде Шоттки. Это увеличение тока не вступит в силу примерно до 0,6 В для стандартного диода.

( Источник изображения )

На изображениях ниже показаны две схемы, иллюстрирующие преимущества меньшего падения напряжения в прямом направлении. Схема слева содержит обычный диод, справа — диод Шоттки. Оба питаются от источника постоянного тока 2 В.

( Источник изображения )

Обычный диод потребляет 0,7В, оставляя только 1,3В для питания нагрузки. Благодаря более низкому падению прямого напряжения диод Шоттки потребляет всего 0,3 В, оставляя 1,7 В для питания нагрузки. Если бы нашей нагрузке требовалось 1,5 В, то для этой работы подошел бы только диод Шоттки.

Другие преимущества использования диода Шоттки по сравнению с обычным диодом включают в себя:

• Более быстрое время восстановления . Небольшой заряд, хранящийся в диоде Шоттки, делает его идеальным для приложений с высокой скоростью переключения.
• Меньше шума . Диод Шоттки будет производить меньше нежелательных шумов, чем обычный диод с p-n переходом.
• Более высокая производительность . Диод Шоттки будет потреблять меньше энергии и может легко соответствовать требованиям низковольтных приложений.

Следует помнить о некоторых недостатках диодов Шоттки. Диод Шоттки с обратным смещением будет испытывать более высокий уровень обратного тока, чем традиционный диод. Это приведет к большему току утечки при обратном подключении.

также имеют более низкое максимальное обратное напряжение, чем стандартные диоды, обычно 50 В или меньше. Как только это значение будет превышено, диод Шоттки выйдет из строя и начнет проводить большой ток в обратном направлении. Однако даже до достижения этого обратного значения диод Шоттки все еще будет пропускать небольшой ток, как и любой другой диод.

Как работает диод Шоттки

Типичный диод объединяет полупроводники p-типа и n-типа, образуя p-n переход. В диоде Шоттки металл заменяет полупроводник p-типа. Этот металл может варьироваться от платины до вольфрама, молибдена, золота и т. д.

При соединении металла с полупроводником n-типа образуется переход m-s. Это соединение называется барьером Шоттки. Поведение барьера Шоттки будет различаться в зависимости от того, находится ли диод в несмещенном, прямом или обратном смещении.

( Источник изображения )

Беспристрастное состояние

В несмещенном состоянии свободные электроны будут перемещаться из полупроводника n-типа в металл, чтобы установить баланс. Этот поток электронов создал барьер Шоттки, где встречаются отрицательные и положительные ионы. Свободным электронам потребуется больше энергии, чем их встроенное напряжение, чтобы преодолеть этот барьер.

( Источник изображения )

Состояние прямого смещения

Соединение положительной клеммы батареи с металлом и отрицательной клеммы с полупроводником n-типа создаст состояние с прямым смещением. В этом состоянии электроны могут пересечь переход от n-типа к металлу, если приложенное напряжение больше 0,2 вольта. Это приводит к протеканию тока, типичному для большинства диодов.

( Источник изображения )

Состояние обратного смещения

Соединение отрицательной клеммы батареи с металлом, а положительной клеммы с полупроводником n-типа создаст состояние с обратным смещением. Это состояние расширяет барьер Шоттки и препятствует прохождению электрического тока. Однако, если обратное напряжение смещения продолжает расти, это может в конечном итоге разрушить барьер. Это позволит току течь в обратном направлении и может повредить компонент.

( Источник изображения )

Диод Шоттки Производство и параметры

Существует множество способов изготовления диода Шоттки. Самый простой способ — соединить металлическую проволоку с поверхностью полупроводника, что называется точечным контактом. Некоторые диоды Шоттки все еще производятся с использованием этого метода, но он не известен своей надежностью.

( Источник изображения )

Наиболее популярным методом является использование вакуума для осаждения металла на поверхность полупроводника. Этот метод представляет собой проблему разрушения металлических кромок из-за воздействия электрических полей вокруг полупроводниковой пластины. Чтобы исправить это, производители защищают полупроводниковую пластину оксидным защитным кольцом. Добавление этого защитного кольца помогает повысить порог обратного пробоя и предотвращает физическое разрушение соединения.

( Источник изображения )

Параметры диода Шоттки

Ниже вы найдете список параметров, которые следует учитывать при выборе диода Шоттки для вашего следующего проекта в области электроники:

Примеры диодов Шоттки

Полезно посмотреть, как эти параметры обычно указаны на веб-сайте производителя или в техническом описании. Вот два примера:

Диод Шоттки 1N5711 — это сверхбыстродействующий переключающий диод с высокой степенью обратного пробоя, низким падением прямого напряжения и защитным кольцом для защиты перехода.

Диод Шоттки 1N5828 представляет собой диод на шпильках, используемый для выпрямления электроэнергии.

Управление потоком

Планируете работать над радиочастотным или силовым приложением, требующим работы при низком напряжении? Диоды Шоттки — это то, что нужно! Эти диоды хорошо известны своим малым падением прямого напряжения и высокой скоростью переключения. Независимо от того, используются ли они в солнечных батареях или выпрямителях энергии, вы не сможете превзойти низкое падение напряжения 0,3 В и дополнительную эффективность. Autodesk EAGLE уже включает в себя множество бесплатных библиотек диодов Шоттки, готовых к использованию. Нет необходимости делать свой собственный. Загрузите Autodesk EAGLE бесплатно уже сегодня!

Распределение Гаусса по электрическим характеристикам структур Al/SiO2/p-Si

A. B. Seltuk ¹ , S. Bilge Ocak ² , S. Karadeniz ¹

¹ Sarakoy Aclear Erray Resead Университет Гази, Ататюрк М.Ю., Чубук, Анкара

Адрес для корреспонденции: С. Бильге Оджак, Университет Гази, Ататюрк М.Ю.О., Чубук, Анкара.

Copyright © 2012 Научное и академическое издательство. Все права защищены.

Аннотация

На той же кремниевой пластине были изготовлены Al//p-Si диоды Шоттки (39 точек) с собственным межфазным изолирующим слоем SiO ₂ . Напряжение-ток ( I — V ) и напряжение-емкость ( C — V ) характеристики диодов металл-оксид-полупроводник на основе структур Al/SiO ₂ /p-Si были измерены при комнатной температуре. Высота барьера (BH), коэффициент идеальности ( n ) этих диодов были рассчитаны на основе их экспериментальных значений тока-напряжения прямого смещения (I-V), емкости-напряжения обратного смещения. Несмотря на то, что они одинаково выполнены на одной и той же четвертной кремниевой пластине, расчетные значения BH, полученные из I — В характеристика , колебалась от 0,687 до 0,772 эВ и коэффициент идеальности n от 1,903 до 4,48. Значения высот барьеров, полученные из характеристик C — V , находятся в диапазоне от 0,629 до 1,097 эВ. Было обнаружено, что значения высоты барьера, полученные по характеристикам C — V , больше, чем у этих значений по характеристикам I — V . Распределение экспериментальных значений BH, полученное из I — V и C ^-2 — V характеристики были аппроксимированы функцией Гаусса, и их средние значения BH были рассчитаны как 0,730 и 0,863 соответственно. Среднее значение нормального распределения коэффициентов идеальности составляет 3,160 при стандартном отклонении 0,689. Экспериментальные результаты показывают, что состояния интерфейса в естественном слое изолятора между металлом и полупроводником играют важную роль в значении ЧД, коэффициента идеальности и других электрических параметрах диодов Шоттки.

Ключевые слова: Диоды Шоттки, МОП, вольт-амперные характеристики, вольт-фарадные характеристики, распределение Гаусса

План статьи

1. Введение

2. Методика эксперимента

3. Результаты и обсуждение

    3.1. Вольт-амперные характеристики (ВАХ)

    3.2. ВАХ

4. Выводы

1. Введение

Исследованы электрические свойства диодов металл-полупроводник (МС), диод металл-диэлектрик-полупроводник (МДП) Шота. из-за их важности в приложениях электронных устройств [1]. Механизмы транспорта носителей и некоторые структурные параметры диодов с барьером Шоттки изучались как экспериментально, так и теоретически в последние десятилетия, но имеется мало экспериментальной информации о формировании барьера Шоттки и электронных состояниях на границе металл-полупроводник (МС) [2]. Обычно предполагалось, что тонкие изолирующие слои между металлом и полупроводником однородны и по-разному влияют на поведение MS-диодов. В последние годы появилось огромное количество сообщений об экспериментальных исследованиях характеристических параметров, таких как высота барьера (BH) и фактор идеальности в МС или диодах Шоттки металл-диэлектрик-полупроводник (МДП) и солнечных элементах [3]. Также в литературе сообщалось о теоретических исследованиях, основанных на влиянии гауссовского распределения высоты барьера (BH) на ВАХ [4]. Качество интерфейса между осажденным металлом и поверхностью полупроводника определяет производительность и надежность диодов Шоттки. Механизм проводимости контакта MS в основном основан на модели тока термоэлектронной эмиссии (TE). Хорошо известно, что тонкие изоляторы между металлом и полупроводником влияют на характеристики диода Шоттки. Наличие межфазных тонких оксидных слоев между металлом и полупроводником может изменить электрические характеристики диодов Шоттки зарядами состояния интерфейса [5-7]. Таким образом, на реальные характеристики диодов Шоттки влияют межфазные оксидные слои [7]. Поведение I — V Характеристики диодов Шоттки и МОП-диодов описывают эти эффекты. Экспериментальные исследования характеристических параметров, таких как высота барьера и коэффициент идеальности в МС- и МОП-диодах, широко освещались в течение десятилетий. Кроме того, изучалось влияние гауссовского распределения высоты барьера (BH) и факторов идеальности на характеристики I — V .

В общем, BH, вероятно, является функцией атомной структуры интерфейса, а неоднородность на интерфейсе MS может быть вызвана границами зерен, множественными фазами, гранями, дефектами и смесью различных фаз [8,9]. По разным причинам расчет высоты барьера имеет большое значение для определения электрических характеристик в полупроводниковой технологии.

Экспериментальные эффективные ЧД и коэффициенты идеальности получены из характеристик I — V и C — V . Эти параметры различаются от диода к диоду, даже если они изготовлены одинаково [10].

В настоящем исследовании мы рассчитали высоту барьера МОП-диодов на основе экспериментальных характеристик тока-напряжения прямого смещения и вольт-фарадной характеристики обратного смещения этих диодов. Гауссово распределение высоты барьера (BH) было получено из C ^-2 — V и I — V характеристики. Кроме того, коэффициенты идеальности были рассчитаны из прямого смещения I — V , а гауссово распределение экспериментальных факторов идеальности было получено из характеристик I — V .

2. Экспериментальная процедура

Полупроводниковые подложки представляли собой легированные бором монокристаллы Si p-типа с ориентацией поверхности (100), толщиной 280 мкм и удельным сопротивлением 1,1 Ом·см. На первом этапе кремниевую пластину обезжиривали в течение 5 мин в кипящих трихлорэтилене, ацетоне и этаноле соответственно. Процедура очистки RCA была применена к пластине для химической очистки (т.е. 10-минутное кипячение в NH ₃ +H ₂ O ₂ +6H ₂ O с последующим кипячением в течение 10 мин в HCl+H ₂ O ₂ +6H ₂ O), затем погружают 30 с и, наконец, промывают в деионизированной воде с удельным сопротивлением 18,3 МОм·см с ультразвуковой вибрацией и сушат азотом высокой чистоты. После очистки поверхности металлический алюминий (Al) высокой чистоты (99,999%) термически напыляли с вольфрамовой нити толщиной 1500×× на тыльную поверхность пластины в вакууме около Торр. Затем температурная обработка при 500 9На низкоомный омический контакт наносили температуру 0250 o C в течение 3 мин в атмосфере N ₂ . Передняя поверхность кремниевой пластины выдерживалась на воздухе в чистом стеклянном боксе в течение месяца при комнатной температуре для построения естественного окисления. На остальных гранях выпрямляющие контакты формировались напылением алюминия (Al, 99,999 %) толщиной 1500 Å в виде точек диаметром около 1,0 мм через металлическую маску при давлении Торр. Скорость осаждения металлического слоя контролировали с помощью цифрового толщиномера (FTM6). Скорость осаждения составляла около 10–20 с ^-1 . Тридцать девять точек (контакт Шоттки) на той же поверхности полупроводника были выполнены для диодов с барьером Шоттки Al/SiO2/p-Si (MOS). Измерения I — V проводились с использованием программируемого источника постоянного тока Keithley 2410. Измерения C – V и проводимости–напряжения ( G /ω- V ) проводились на различных частотах с помощью анализатора импеданса НЧ HP 4192A при комнатной температуре в темноте при тестовом сигнале 40 мВ _СКЗ .

3. Результаты и обсуждение

3.1. Вольт-амперные характеристики (ВАХ)

Ток через диод с барьером Шоттки в соответствии с теорией термоэлектронной эмиссии (ТЭ) определяется следующим соотношением [11-13] (2)

где – обратный ток насыщения, q – заряд электрона, В — приложенное напряжение, А — эффективная площадь диода, А ^* — эффективная постоянная Ричардсона, равная 32 А·см ^-2 К ^-2 , Т температура, R — последовательное сопротивление, n — коэффициент идеальности и высота барьера нулевого смещения. Фактор идеальности n можно получить из уравнения (1) как

(3)

Согласно формуле. (3), наклон В по отношению к графику является коэффициентом идеальности, точкой пересечения оси, что означает нулевое приложенное напряжение и дает нам значение в линейной области выше . Затем можно определить высоту барьера нулевого смещения или кажущуюся высоту барьера с помощью уравнения (3).

(4)

Экспериментальные полулогарифмические характеристики прямого смещения Al/SiO ₂ /p-Si СД показаны на рис.1. Согласно теории термоэлектронной эмиссии, обратный ток идеального диода Шоттки должен насыщаться при значении выражения (2). Обратное смещение I-V характеристика устройства демонстрирует отличную насыщенность, как видно из рисунка. Фактор идеальности и высота барьера рассчитываются с использованием уравнения (3) и уравнения (4). ЧД для СД Al/SiO ₂ /p-Si из прямого смещения ВАХ изменялась от 0,687 до 0,772 эВ, фактор идеальности n изменялся от 1,903 до 4,489. Как видно, эффективная SBH от прямого смещения ВАХ менялась от диода к диоду. Поэтому принято брать среднее значение[14-27]. На рис. 2 и 3 показано статистическое распределение ЧД и коэффициентов идеальности по графикам ВАХ от прямой до смещения для Al/SiO ₂ /p-Si SD (39 точек) соответственно. Экспериментальные распределения эффективных ЧД аппроксимировались функцией Гаусса. Статистический анализ дал среднее значение BH 0,73 эВ со стандартным отклонением 0,017 эВ для SD Al/SiO ₂ /p-Si. Кроме того, экспериментальные распределения фактора идеальности, аппроксимированные функцией Гаусса, дали среднее значение 3,160 со стандартным отклонением 0,689.

Несмотря на то, что идеальный диод имеет коэффициент идеальности как , диоды, как правило, больше единицы, вызванные влиянием оксидных слоев, последовательных сопротивлений, неоднородностей барьера и т. д. [28]. Одной из причин барьерных неоднородностей в МОП-структурах может быть результат дефектов интерфейса, таких как границы зерен, многофазность, фасетки, дефекты, смешение различных фаз и т. д. [29].,30]. Эти эффекты приводят к тому, что факторы идеальности имеют большие значения. Таким образом, неоднородности могут играть важную роль и должны учитываться при оценке экспериментальных ВАХ . Как видно на рис.4, ЧД становятся меньше по мере увеличения факторов идеальности. То есть существует линейная зависимость между экспериментальными эффективными ЧД и факторами идеальности СД Al/SiO ₂ /p-Si. Прямая линия на рис.4 — это метод наименьших квадратов, соответствующий экспериментальным данным. Это открытие может быть связано с неоднородностью бокового барьера диодов Шоттки [16-27]. Было отмечено, что более высокие коэффициенты идеальности среди одинаково изготовленных диодов часто сопровождаются более низкими наблюдаемыми ЧД. Среднее значение BH примерно 0,775 эВ для Al/SiO ₂ /p-Si (МДП) диодов из экстраполяции на n =1, дадут латерально однородные значения BH. Разница между средней высотой барьера и латеральным однородным барьером составляет 0,045 эВ. Величина средней высоты барьера близка к латеральному однородному барьеру.

Рис.0274

Рисунок 2 . Распределение высот барьера, полученные по сравнению с I — V Характеристики конструкций MOS

Рисунок 559

Рисунок 552

. Рисунок 559

. характеристики МОП структур

Рисунок 4. График зависимости высоты барьера от коэффициента идеальности Al/SiO 2 /p-Si МОП-структура

3.

Емкость обедненного слоя диода выражается следующим образом [7-9]

(5)

Где определяется диффузионный потенциал при нулевом смещении от точки пересечения с V осью C ^-2 — В графика, диэлектрическая проницаемость полупроводника, А площадь диода, Н С ^-2 — В участок.

Высоты барьеров от C — V характеристики определяются

(6)

где – уровень энергии Ферми, – сила диффузии, потенциал опускания барьера, – изображение. и даны как

(7)

(8)

где – эффективная плотность состояний в валентной зоне Si. Это значение для кремниевой подложки p-типа составляет 1,73×10 ¹⁶ .

Image force lowering can be expressed as

(9)

where is the maximum electric field and is given by

(10)

The C-V 9На рис. 5 и рис. 6.

Когда измерения проводятся на очень высокой частоте, заряд на интерфейсных состояниях не может следовать сигналу переменного тока[10]. Как видно из рис.5, для каждого диода значения емкости дают пики около нуля смещения, в то время как проводимость почти увеличивается с ростом напряжения. Значения высоты барьера и концентрации акцепторных носителей для каждого диода получаются из соотношения между емкостным напряжением (уравнение 5). Высоты барьеров и концентрации акцепторных носителей находятся в диапазоне от 0,629до 1,097 эВ и от 3,719×10 ¹³ см ^-3 до 1,032×10 ¹⁴ см ^-3 соответственно. Как видно из рис.7 и рис.8, экспериментальные распределения ЧД и концентраций носителей аппроксимируются распределением Гаусса. Статистический анализ средних ЧД и средних концентраций носителей, полученных из графиков C ^-2 — V , дал 0,863 эВ со стандартным отклонением 0,104 эВ и со стандартным отклонением , соответственно. Среднее значение BH со стандартным отклонением и средний коэффициент идеальности со стандартным отклонением получают из статистического анализа этих параметров. Средние значения BH и среднего фактора идеальности составляют 0,730 эВ при стандартном отклонении 0,017 эВ и 3,160 при стандартном отклонении 0,689., соответственно. Фактор идеальности больше единицы показывает, что существуют последовательное сопротивление структуры и локализованные состояния интерфейса [31,32].

Разница между средними значениями ЧД, полученными из характеристик C — V и I — V 0,133 эВ, больше, чем среднее значение уменьшения силы изображения 0,007 эВ по формуле. (9).

Как видно из средних значений, разница между (I-V) и (C-V) для Al/SiO ₂ /p-Si возникает из-за различного характера измерений I-V и C-V . Из-за характера методов C-V и I-V высоты барьеров, полученные на их основе, не всегда совпадают. Емкость C нечувствительна к флуктуациям потенциала в масштабе длины меньше, чем область пространственного заряда, а метод C-V усредняет по всей площади и измеряет для описания ЧД. Кроме того, расхождение между устройствами можно также объяснить наличием межфазного слоя и ловушечных состояний в полупроводнике.

Как мы знаем, эффективные ЧД и коэффициенты идеальности из измерений I — V и C — V различались для каждого отдельного диода, даже если они были подготовлены одинаково [10,18,25,26]. Этот результат показывает, что потенциальный барьер на полупроводниковых границах более сильно зависит от приложенного напряжения, чем предсказывает эффект силы изображения для идеальных контактов [17-19].

Рисунок 5. Вольтамперные характеристики Al/SiO 2 /P -Si MOS Структура

. Рисунок 6. C -2 1 — VIO . structure

Figure 7. Distribution of barrier heights obtained from C — V characteristics of MOS structures

Рис. 8. Распределение концентраций носителей структур MOS

4. Вывод

Electrical Protesties эта учеба. Эти структуры приготовлены в идентичных экспериментальных условиях. Значение высоты бокового однородного барьера составляет около 0,775 эВ, что получено из линейной зависимости между высотой барьера и коэффициентами идеальности. Это значение ниже, чем у точной структуры металл-полупроводник с высотой барьера Al/Si. Статистический анализ высоты барьера и коэффициента идеальности от 9Измерения 0084 I — V дают среднюю эффективную высоту барьера as и фактор идеальности as. Однако средняя высота барьера от C до V измерения. Таким образом, эти значения можно объяснить оксидным слоем и латеральными неоднородностями.

Это исследование показывает, что необходимо учитывать такие эффекты, как состояние границы раздела и изоляционный слой при измерениях I — V и C — V . Основной результат этой работы, хотя диоды были изготовлены максимально идентично, они имеют отличные друг от друга характеристики. Этот результат показывает, что потенциальный барьер на полупроводниковых интерфейсах более сильно зависит от приложенного напряжения, чем предсказывает эффект силы изображения для идеальных контактов [16,33]. Поэтому принято брать средние значения для этих значений[18,33]. Статистические методы и расчеты могут дать более достоверные результаты.

Каталожные номера

---

[1]	В.Джанардханам, А.Ашок Кумар, В.Раанопал Редди, П.Нарасимха Редди. J.Alloys Comp.485 (2009) 467.
[2]	K.Maeda, E.Kitahara, Appl. Серф. науч. 130-132 (1998) 925.
[3]	Х.Байхан, Кавасоглу А.С. Твердотельная электроника 49 (2005) 991.
[4]	С. Чанд, Semicond.Sci.Technolgy 17 (2002)36.
[5]. Сингх, А.Медина, Р.А. Masut, Solid State Electron., 42 (1998) 477.
[7]	P. Chattopadhyay, A.N. Daw, Solid State Electron., 29 (1986) 555.
[8]	А.Р. Саха, С. Чаттопадхьяй, К.К. Маити, Твердотельная электроника, 48 (2004) 1391.
[9]	А.Р. Саха, С. Чаттопадхьяй, Р. Дас, К. Бозе, К.К. Maiti, Solid-State Electron., 50 (2006) 1269.
[10]	W. Mönch, Semiconductor Surfaces and Interfaces, 3rd rev. ed., Springer, Berlin, 2001.
[11]	Ж.-П. Колиндж, К.А. Colinge, Physics of Semiconductor Devices, Kluwer Academic Publisher, Dordhrecht, 2002.
[12]	E.H. Родерик, Р. Х. Уильямс, Контакты металл-полупроводник, Claredon Press, 19.88.
[13]	H. Morkoç, Handbook of Nitride Semiconductors and Devices, WILEY-VCH, Berlin, 2008.
[14]	, W.Mönch. науч. Технол. B 17 (1999) 1867.
[15]	HJ Im, Y. Ding, J.P. Prlz, W.J Choyke, Phys.Rev. Б 64 (2001) 075310
[16]	Т.У. Кампен, В. Мёнх. Surf.Sci. 331-333 (1995) 490.
[17]	K.Akkilic, T.Kilicoğlu, A. Türut, Physica B 337 (2003) 388.
[18]	Х. Четин, Б. Шахин. Э.Айылдиз, А.Турут, Полуконд. науч. Технол. 19 (2004) 1113.
[19]	W.P.Leroy, K.Opsomer, S.Forment, R.L. Van Meirhaeghe, Solid State Electron. 49 (2005) 878.
[20]	S.Altındal, H.Kanbur, A.Tataroglu, M.M.Bulbul, Physica B 399 (2007) 146.
[21]	K.Akkilic , А. Тюрют, Г. Чанкая, Т. Киликоглу, Solid State Commun 125 (2003) 551.
[22]	Х.Доган, Н.Йылдырым, А.Турут, М.Бибер, Э.Аййылдыз, Ч.Нухоглу, Semicond.Sci.Technol. 21 (2006) 822.
[23]	R.T.Tung, Phys.Rev. B45 (1992) 13509.
[24]	J.P Sullivan, R.