歐姆接觸與肖特基接觸的本質區(qū)別：物理機制與應用解析

在半導體器件中，金屬與半導體的界面接觸類型直接決定器件的電學行為。歐姆接觸和肖特基接觸因物理機制、特性及應用場景的顯著差異，成為半導體領域的核心基礎概念。本文從理論原理、特性對比及實際應用三方面解析兩者的本質區(qū)別。

一、物理機制：勢壘的有無決定接觸屬性

（一）歐姆接觸：低阻導通的物理基礎

歐姆接觸的核心特征是接觸界面不存在顯著的勢壘阻擋載流子傳輸，其物理本質源于金屬與半導體的功函數(shù)匹配或界面態(tài)調(diào)控。具體實現(xiàn)方式包括：函數(shù)匹配：當金屬與半導體功函數(shù)接近時（如 n 型硅與鋁，功函數(shù)分別為 4.25 eV 和 4.28 eV），界面能帶近似平直，載流子可自由擴散。重摻雜誘導隧道效應：通過對半導體表面重摻雜（濃度 > 101? cm?3），使空間電荷區(qū)厚度壓縮至納米級，載流子通過量子隧道效應穿越極薄勢壘層，接觸電阻由半導體體電阻主導。

（二）肖特基接觸：整流特性的勢壘起源

肖特基接觸的核心是界面形成具有整流作用的肖特基勢壘，由金屬與半導體功函數(shù)差異導致：

n 型半導體場景：

若金屬功函數(shù)高于半導體（如鉑與 n 型硅），電子從半導體向金屬擴散，形成電子耗盡層，能帶向上彎曲。

p 型半導體場景：若金屬功函數(shù)低于半導體（如金與 p 型硅），空穴擴散形成空穴耗盡層，能帶向下彎曲。此勢壘使電流具有單向性：正向偏壓時勢壘降低，電流指數(shù)增長；反向偏壓時勢壘升高，僅存在極小飽和電流。

二、電學特性：從 I-V 曲線到關鍵參數(shù)對比

關鍵參數(shù)差異

勢壘高度:

肖特基接觸的核心參數(shù)，直接決定反向耐壓與正向壓降（如 SiC 肖特基二極管勢壘高度 1.2 eV，可承受高壓）；歐姆接觸無此參數(shù)。理想因子:肖特基接觸的理想因子反映界面缺陷影響（理想值 1，實際 1.1-1.5），歐姆接觸無此概念。

三、應用場景：功能導向的精準適配

（一）歐姆接觸：低阻互聯(lián)的剛需場景

集成電路互連線

• CMOS 器件的源 / 漏極與金屬導線需歐姆接觸以降低 RC 延遲。例如 7nm 芯片中，源漏區(qū)通過重摻雜（磷 / 硼濃度 102? cm?3）與鈦 / 鉑 / 金形成低阻接觸。

功率器件電極

IGBT、MOSFET 的源漏極需低阻接觸承載大電流。硅基 MOSFET 漏極常采用深磷擴散（>101? cm?3）與鎳形成歐姆接觸，降低導通損耗。

（二）肖特基接觸：整流與檢測的核心應用

肖特基二極管（SBD）

• 利用單向導電性實現(xiàn)高頻整流。碳化硅肖特基二極管正向壓降僅 1.5V（硅 pn 結 0.7V），開關速度快 10 倍，用于新能源汽車 OBC。

射頻器件柵極

• GaAs 基 MESFET 的柵極采用肖特基接觸，通過電壓調(diào)控勢壘寬度實現(xiàn)高頻信號放大。

光電器件

肖特基結的光生伏特效應用于紫外探測器（如金 - 藍寶石 - SiC 結），光激發(fā)載流子穿越勢壘產(chǎn)生信號。

四、制備工藝：材料與界面的精準控制

（一）歐姆接觸的關鍵工藝

重摻雜技術

• 離子注入（如磷離子）結合高溫退火（>1000℃）激活雜質，形成 50-200nm 厚高摻雜層。

金屬選擇

n 型硅常用鈦 / 鉑 / 金多層結構，鈦與硅反應生成低阻硅化物（TiSi?）；p 型硅可采用鋁或硼硅玻璃合金。

（二）肖特基接觸的關鍵工藝

界面清潔

• 氫氟酸刻蝕去除半導體表面氧化層（如 SiO?），避免界面態(tài)密度升高導致勢壘降低（肖特基勢壘降低效應）。

低溫沉積

金屬（如 GaN 肖特基接觸的鉑 / 鎳）通過濺射或電子束蒸發(fā)沉積，避免高溫退火破壞勢壘，通常退火溫度 < 400℃。

五、總結：勢壘有無定義器件功能

歐姆接觸與肖特基接觸的本質區(qū)別在于界面是否存在整流勢壘：前者通過功函數(shù)匹配或重摻雜實現(xiàn)低阻導通，后者依賴勢壘實現(xiàn)單向導電。這一差異使其分別成為集成電路互聯(lián)與功率器件、射頻元件的核心技術。隨著寬禁帶半導體的發(fā)展，通過原子層沉積等技術精確調(diào)控界面態(tài)，優(yōu)化兩類接觸的性能，將持續(xù)推動半導體器件的進步。

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