Физика/2.Физика твердого тела.

Д. ф-м.н. Гусейханов М.К., асп. Гуйдалаева Т.А.

Дагестанский Государственный Университет,Россия.

Удельное переходное сопротивление контактов

металл-оксид цинка.

Согласно общей теории переноса тока через контакт металл-полупроводник [1,2], величина контактного сопротивления R_k зависит от температуры, высоты энергетического барьера на контакте и концентрации носителей заряда в полупроводнике. В зависимости от этих параметров механизм переноса тока через контакт меняется от термоэлектронной эмиссии к термополевой, а затем полностью к полевой(туннельной). Они и определяют величину переходного сопротивления на контакте металл- полупроводник.

Пренебрегая слабой зависимостью высоты барьера от приложенного напряжения, контактное сопротивление в случае термоэлектронной эмиссии рассчитывается по соотношению[2]

С повышением концентрации носителей заряда в полупроводнике усиливается влияние туннельного тока. Отношение термоэмиссионного тока к туннельному определяется соотношением:

Для контактов к полупроводникам с низкой концентрацией носителей заряда Е₀₀<<kT в переносе тока преобладает термоэлектронная эмиссия, с высокой концентрацией Е₀₀>>kT преобладает туннельный механизм переноса.

Нами проведены расчеты контактных сопротивлений систем металл -оксид цинка для различных значений высот барьеров, концентрации носителей тока и температуры. Для проведения расчетов контактного сопротивления были использованы значения константы Ричардсона А=30А/см²К² и относительной диэлектрической постоянной для ZnO ε=3.75, величина эффективной массы носителей заряда принято равной 0,3m₀[3].

Проведенные расчетные результаты по переходным контактным сопротивлениям систем металл-оксид цинка приведены на рис.1,2,3.

Рис.1. Зависимость удельного переходного контактного сопротивления от концентрации носителей заряда в оксиде цинка при температуре 300К.

1-ф_в=0.7эВ, 2- ф_в=0.5эВ,3- ф_в=0.3эВ.

На рис1. приведены зависимости удельного переходного контактного сопротивления ρ_к=R_кS от концентрации носителей заряда в оксиде цинка для контактов с разной высотой барьеров.

Согласно этим расчетам, при увеличении концентрации носителей заряда в оксиде цинка от 10¹⁸см^-3 до 10²⁰см^-3 удельное переходное сопротивление всех контактов должно уменьшаться на одиннадцать порядков, достигая примерно 10^-6Ом·см² (рис1.).

Рис.2. Зависимость удельного переходного сопротивления контактов металлов к оксиду цинка от высоты барьера при разных концентрациях носителей и температуры 300К.

При данной концентрации носителей заряда ρ_к уменьшается с понижением высоты барьера ф_в (рис.2). Из расчетов следует, что контакт любого металла к оксиду цинка, имеющего концентрацию носителей заряда превышающей 5·10¹⁸см^-3, имеет омический характер и достаточно низкое переходное сопротивление. Для получения низкоомных омических контактов к оксиду цинка с концентрацией носителей заряда порядка 10¹⁶- 10¹⁷см^-3 необходимо в качестве контактного материала использовать металлы, образующие в контакте с оксидом цинка барьеры малой высоты (In, Ga, Mn…) или антизапорные контакты (Na,K, Ba…). Если же по конструктивным или технологическим соображениям желательно при использовании контактов применять металлы, создающие в области контакта барьеры значительной высоты более 0,4 эВ, то для получения омического контакта с низким удельным переходным сопротивлением необходимо обогащать приконтактный слой оксида цинка до концентрации носителей заряда выше N=5·10¹⁸см^-3. Для этого можно использовать различные технологические методы. В случае более низкой концентрации носителей заряда в оксиде цинка (10¹⁵-10¹⁶см^-3), контакты имеют высокие удельные переходные сопротивления (10⁶-10⁷Ом·см² при ф_в=0.5эВ и Т=300К), которые почти не зависят от концентрации носителей заряда за исключением слабого понижения R_к, обусловленного влиянием сил зеркального изображения.

Таким образом, расчетные результаты по удельным переходным сопротивлениям для контактов металл-оксид цинка дают хорошее соответствие с экспериментальными измерениями для системы (In-Ni)-ZnO, что позволило определить механизм прохождения тока в этих системах.

Литература:

1. Chang C.I., Sze S.M. Carries transport acrocc metal-semiconductor barriers //Solid state Electronics-1970.-v13.№6-Р724-740.

2. Chang C.I., Eang I.K., Sze S.M. Specific contacts resistance of metal-semiconductor barriers //Solid state Electronics-1971.-v14.№7-Р 41-45.

3. Рабаданов Р.А. Получение, реальная структура, некоторые объемные и поверхностные свойства монокристаллического оксида цинка. Диссертация доктора физ-мат наук Махачкала 1997.-363с.

4. Гусейханов М.К., Гуйдалаева Т.А. Омические контакты к оксиду цинка.//Вестник ДГУ 2012, вып.6- С 41-44.