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肖特基势垒高度及欧姆接触对HEMT特性的影响

  1. 肖特基势垒高度的影响
  图1对应不同金属功函数情况下输出漏电流的情况,图a显示漏极电流随栅压变化的情况,通过比较不同功函数情况下的输出曲线,可以看出随着金属功函数的增加,阈值电压绝对值会变小,输出电流减小,但对斜率基本没有影响。图b和c对应不同功函数下输出电流相对于漏源电压的情况,比较漏极电流的大小可以看出随着功函数的增加,输出漏电流会减小。
不同栅压下漏极电流 
图1 (a)不同栅压下漏极电流 (b)Vg=0V漏极电流 (c)Vg=-2V漏极电流
 
  提高功函数可以提高肖特基势垒,减小栅极的泄露电流,但这样也会降低输出漏极电流,因此需要根据情况做一个折中。然而实际上,理想的金属-半导体接触是不可能达到的,其主要原因是接触面存在表面态和界面层,因此实际的势垒高度和肖特基理论是不一样的。
 
  2. 欧姆接触的影响
  AlGaN/GaN HEMT的源极和漏极流过很大电流,要求有小的接触电阻,以免影响器件的性能,源极和漏极采用欧姆接触减小接触电阻。金属与半导体接触可以形成肖特基接触,也可以形成非整流的接触,即欧姆接触。欧姆接触不产生明显的附加阻抗,而且不会使半导体内部的平衡载流子浓度发生显著的改变。
 
  图2是不同的欧姆接触电阻情况下的输出电流,欧姆方块电阻分别设置为400、500、600。比较不同欧姆接触电阻情况下的输出电流如图2a(栅极电压0V)和图2b(栅极电压-2V)可以看出,随着欧姆接触电阻的增加,输出电流会减小。因此减小欧姆接触有利于提高HEMT器件的性能,增大输出电流。但是制作低电阻率的欧姆接触需要考虑很多因素,有表面态、掺杂、金属因素等。
输出漏电流 
图2 (a)Vg=0V输出漏电流  (b)Vg=-2V输出漏电流
 
  不考虑表面态影响,若Wm<Ws,金属和n型半导体接触可以形成反阻挡层;而Wm>Ws时,金属和p型半导体接触也能形成欧姆接触。然而,一些半导体材料有很高的表面态密度,无论是n型还是p型材料与金属接触都会形成势垒,而与金属的功函数关系不大,因此不能通过选择金属材料的方法获得欧姆接触,但可以利用隧道效应的原理在半导体上制造欧姆接触。半导体重掺杂时,它与金属的接触可以形成接近理想的欧姆接触。掺杂浓度越高,接触电阻越小。因此,半导体材料重掺杂时,可以得到欧姆接触。制作欧姆接触最常用方法是用重掺杂的半导体与金属接触,由于耗尽区很薄,利用隧道效应,在零偏压下接触具有很低的电阻,可以有效地形成欧姆接触。

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