Specific contact resistance of metal-semiconductor barriers

https://doi.org/10.1016/0038-1101(71)90129-8Get rights and content

Abstract

The specific contact resistance at zero bias, Rc, serves as a measure of the ohmic or rectifying behavior of a metal-semiconductor barrier under operating conditions. It is thus an important design parameter for semiconductor devices. The values of Rc have been calculated for Metal-Si and metal-GaAs barriers on p-type and n-type samples. The theoretical calculation is based on the generalized transport study of metal-semiconductor systems.

The results, which are presented graphically, show the dependence of Rc on temperature over the range 50°K–500°K, the barrier height from 0.2 to 1.0 eV, and the ionized impurity concentration from 1014 to 1021 cm−3. Generally Rc decreases exponentially with increasing temperature and with decreasing barrier height. For samples with lower dopings where the thermionic emission dominates, Rc is essentially independent of doping; for higher dopings where the tunneling dominates, Rc decreases rapidly with increasing doping. The experimental results of Rc for various metals on silicon samples are in good agreement with the predictions.

Résumé

La résistance de contact spécifique à polarisation nulle, Rc, sert de mesure du comportement ohmique ou de redressement d'une barriere métal-semiconducteur dans des conditions de fonctionnement. Il est ainsi important en tant que paramètre de conception pour les dispositifs semi conducteurs. Les valeurs de Rc ont été calculées pour les barrières métal-Si et métal-GaAs sur des échantillons du type —p et du type —n. Le calcul théorique est fondé sur l'étude de transport généralisé de systèmes métal-semiconducteurs.

Les résultats, présentés graphiquement, montrent la dépendance de Rc sur la température dans la gamme de 50°K à 500°K, la hauteur de barrière entre 0,2 et 1,0 eV, et la concentration d'impureté ionisée entre 1014 et 1021 cm−3. Généralement Rc diminue exponentiellement avec l'accroissement de température et avec le décroissement de la hauteur de barrière. Pour les échantillons avec doping plus faible où l'émission thermoionique domine, Rc est essentiellement indépendant du doping; pour un doping plus élevé où le tunnellement domine, Rc décroit rapidement à mesure que le doping augmente. Les résultats expérimentaux de Rc pour divers échantillons de métal sur silicium sont en bon accord avec les prévisions.

Zusammenfassung

Bei einem Halbleiter-Metall-Kontakt unter Betriebsbedingungen dient der spezifische Kontaktwiderstand Rc ohne Vorspannung als Maß für ohmsches Verhalten oder Gleichrichterwirkung. Er ist daher eine wichtige Größe bei der Konstruktion von Halbleiterbauelementen. Die Werte für Rc wurden für Metall-Silizium- und Metall-Galliumarsenid-Barrieren mit p- oder n-Typ Kristallen berechnet. Die theoretische Rechnung beruht auf einer verallgemeinerten Studie der Transporteigenschaften eines Metall-Halbleiter-Systems.

Die graphisch wiedergegebenen Ergebnisse zeigen den Verlauf von Rc für einen Temperaturbereich von 50°K bis 500°K, Barrierenhöhen zwischen 0,2 und 1,0 eV und Konzentrationswerte der ionisierten Störstellen von 1014/cm3 bis 1021/cm−3. Ganz allgemein nimmt Rc mit der Temperatur ab und mit der Barrierenhöhe zu. Bei Proben mit niedrigerer Dotierung, wo die thermische Emission überwiegt, ist Rc im wesentlichen von der Konzentration unabhängig. Mit höherer Dotierung nimmt Rc rasch wegen des überwiegenden Tunnelstromes ab. Die experimentellen Ergebnisse für Rc mit verschiedenen Metallen auf Silizium sind in guter Übereinstimmung mit den vorhergesagten Werten.

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