欧姆接触

欧姆接触是一种非整流电连接：两个导体之间的连接具有符合欧姆定律的线性电流-电压 (I-V) 曲线。 低电阻欧姆触点用于允许电荷在两个导体之间轻松地双向流动，而不会因整流而阻塞或因电压阈值而导致过度功耗。

相比之下，不显示线性 I-V 曲线的结或接触称为非欧姆。 非欧姆接触有多种形式，例如 p–n 结、肖特基势垒、整流异质结或击穿结。

通常，术语欧姆接触隐含地指金属与半导体的欧姆接触，其中实现欧姆接触电阻是可能的，但需要仔细的技术。 通过确保金属之间的直接接触而没有绝缘污染、过度粗糙或氧化层的介入，金属-金属欧姆接触相对更容易制造； 各种技术用于创建欧姆金属 - 金属连接（焊接，焊接，压接，沉积，电镀等）。 本文重点介绍金属-半导体欧姆接触。

半导体界面处的稳定接触具有低接触电阻和线性 I-V 行为，对于半导体器件的性能和可靠性至关重要，它们的制备和表征是电路制造的主要工作。 准备不充分的半导体结很容易通过导致结附近的半导体耗尽而显示出整流行为，通过阻止这些设备和外部电路之间的电荷流动使设备无用。 欧姆接触半导体通常是通过沉积精心挑选的成分的金属薄膜来构建的，然后可能进行退火以改变半导体-金属键。

欧姆接触和肖特基势垒都取决于肖特基势垒高度，肖特基势垒高度为电子从半导体传递到金属所需的过剩能量设定了阈值。 为了让结点在两个方向上都容易接收电子（欧姆接触），势垒高度必须至少在结面的某些部分很小。 为了形成良好的欧姆接触（低电阻），势垒高度应处处较小，而且界面不应反射电子。

肖特基-莫特规则天真地预测金属和半导体之间的肖特基势垒高度与金属-真空功函数和半导体-真空电子亲和势之差成正比。 实际上，大多数金属-半导体界面并没有达到预期的程度。 相反，半导体晶体对金属的化学终止会在其带隙内产生电子态。 这些金属诱导的能隙态及其被电子占据的性质倾向于将带隙中心固定在费米能级，这种效应称为费米能级钉扎。 因此，金属-半导体接触中肖特基势垒的高度通常对半导体或金属功函数的值几乎没有依赖性，这与肖特基-莫特规则形成鲜明对比。 不同的半导体在不同程度上表现出这种费米能级钉扎，但技术后果是高质量（低电阻）欧姆接触通常难以在硅和砷化镓等重要半导体中形成。

肖特基-莫特规则并非完全不正确，因为在实践中，具有高功函数的金属与 p 型半导体形成最佳接触，而具有低功函数的金属与 n 型半导体形成最佳接触。 不幸的是，实验表明该模型的预测能力并没有超出这个陈述。

在现实条件下，接触金属可能会与半导体表面发生反应，形成具有新电子特性的化合物。 界面处的污染层可以有效地加宽势垒。 半导体的表面可能会重建，从而导致新的电子状态。 接触电阻对界面化学细节的依赖性使得欧姆接触的可重复制造成为制造挑战。

欧姆接触的制造是材料工程中研究较多的部分，但仍然是一门艺术。 可重复、可靠的触点制造依赖于半导体表面的极端清洁度。 例如，由于自然氧化物会在硅表面迅速形成，因此接触的性能可能非常敏感地取决于制备的细节。接触区域通常被重掺杂以确保所需的接触类型。 通常，半导体上的欧姆接触更容易形成。