【半导体】肖特基接触AND欧姆接触

这两种接触描述的都是金属与半导体之间接触的电学行为。

肖特基接触：表现出整流特性（类似二极管），电流传导具有方向性。金属与半导体之间形成一个势垒（肖特基势垒）。

欧姆接触： 表现出线性、对称的电流-电压关系（类似电阻），电流可以无阻碍地双向流动。接触电阻极低，是器件与外部电路互联的理想接口。

两者最根本的区别在于 金属功函数与半导体功函数/电子亲和能的相对关系 ，以及半导体表面的掺杂浓度。

一、肖特基接触

当金属与轻掺杂半导体 接触时，由于两者费米能级不同，为达到热平衡状态，接触界面附近会形成空间电荷区 和一个势垒，这个势垒被称为肖特基势垒 。这种接触具有整流特性，因此也被称为肖特基结 或肖特基势垒二极管。

功函数差异： 假设金属的功函数 (Φ_M) 大于 N型半导体的功函数 (Φ_S)。功函数可以理解为将电子从材料中"拉出来"需要做的功。
能带弯曲： 在接触前，金属的费米能级 (E_FM) 低于半导体的费米能级 (E_FS)。接触后，电子会从高能级的半导体流向低能级的金属，直到两者的费米能级对齐。
势垒形成： 在半导体一侧，电子流失留下带正电的离子（施主离子），形成一个正电荷区（耗尽层）。这个区域的内建电场阻止电子进一步扩散。对半导体中的电子而言，从半导体内部流向金属需要越过一个能量"高坡"，这个"高坡"就是肖特基势垒高度 (Φ_Bn)。对于从金属流向半导体的电子，势垒高度基本固定为Φ_Bn。

正向偏压（金属接正，N型半导体接负）： 外电场削弱了内建电场，半导体一侧的势垒降低，电子可以更容易地从半导体流向金属，形成较大的正向电流。
反向偏压（金属接负，N型半导体接正）： 外电场增强了内建电场，势垒升高，从半导体流向金属的电子流被极大抑制。只有少数能量很高的电子（热电子）可以越过势垒，形成很小的反向饱和电流。
特性： 非对称、非线性，具有单向导电性。

肖特基二极管： 利用其单向导电性，但比普通PN结二极管开关速度更快（因为是多子器件，无少数载流子存储效应），常用于高频整流、射频混频器、检波器、钳位电路。
金属-半导体场效应晶体管（MESFET）： 用肖特基结作为栅极来控制沟道。
太阳能电池的金属接触： 有时会形成不希望的肖特基接触，导致效率损失。

欧姆接触是指其电流-电压关系服从欧姆定律，即线性且对称，接触电阻非常小，小到在器件工作中其压降可以忽略不计。它是集成电路中连接半导体器件与金属互连线的标准方式。

实现欧姆接触的核心思想是让载流子能够轻松地、双向地穿过金属-半导体界面。主要有两种方法：

方法一：选择功函数匹配的金属（理论上）

对于N型半导体，选择功函数 (Φ_M) 小于半导体功函数 (Φ_S) 的金属。这样接触后，半导体能带向下弯曲，在界面处形成一个对电子而言的"下坡"（反阻挡层），电子可以自由流动。但现实中，由于表面态的影响，很难单纯通过功函数匹配实现完美的欧姆接触。

方法二：高掺杂半导体表面（实践中最主要的方法）

这是制造欧姆接触的标准工艺 。在半导体与金属接触的界面区域进行重掺杂（N++ 或 P++）。

原理：
- 低电阻通路： 重掺杂区域本身电阻率很低。
- 隧穿效应： 重掺杂使耗尽层宽度变得非常薄（纳米级别）。根据量子力学，电子可以通过隧穿效应直接穿过这个薄势垒，而无需越过它。隧穿概率极高，电流几乎不受势垒影响。

在正常工作电压范围内，IV曲线是一条通过原点的直线，正反向对称。接触电阻 (R_c) 是衡量其质量的关键指标，单位通常是 Ω·cm²。