Омический контакт — это электрический контакт между металлическим электродом и полупроводником, характеризующийся линейной вольт-амперной зависимостью и симметричным протеканием тока при прямом и обратном смещении. Его главное назначение заключается в обеспечении свободного обмена носителями заряда между металлом и полупроводником без создания значительного энергетического барьера. В отличие от выпрямляющего контакта Шоттки, омический контакт не должен обладать диодными свойствами и должен обеспечивать минимальное сопротивление.
Формирование омического контакта тесно связано с положением уровня Ферми, работой выхода металла и положением зон в полупроводнике. В идеальном случае контакт должен обеспечивать плавный переход носителей через границу металл–полупроводник без барьерных эффектов.
Для получения омического контакта необходимо выполнение одного из следующих условий:
Выравнивание работы выхода металла и полупроводника. Если работа выхода металла меньше (для n-типа) или больше (для p-типа) определённого уровня, то энергетическая схема выравнивается без образования потенциального барьера.
Сильное легирование приповерхностной области полупроводника. В случае, если контактная область полупроводника имеет очень высокую концентрацию примесей, толщина барьера уменьшается до такой степени, что туннелирование носителей становится доминирующим механизмом переноса. Это позволяет заряду проходить через границу металл–полупроводник практически без сопротивления.
Использование специальных промежуточных слоёв. Иногда между металлом и полупроводником вводят сильно легированные буферные слои или проводящие прослойки, которые уменьшают энергетический барьер и повышают прозрачность контакта для носителей заряда.
На энергетической диаграмме омический контакт характеризуется либо отсутствием заметного барьера для носителей заряда, либо наличием очень тонкого барьера, через который возможен туннельный переход.
В случае несоответствия этим условиям достигается искусственное понижение сопротивления за счёт высоких уровней легирования.
Существует несколько механизмов переноса заряда через границу металл–полупроводник в омических контактах:
Термоионная эмиссия. При сравнительно малом барьере носители заряда преодолевают его за счёт тепловой энергии. Однако данный механизм в чистом виде редко обеспечивает низкое сопротивление.
Туннелирование (полный квантовый переход). При высокой концентрации примесей в приповерхностной области толщина потенциального барьера уменьшается, и носители заряда проходят через него за счёт туннельного эффекта. Это основной механизм в практических омических контактах.
Полевая эмиссия. При приложении внешнего электрического поля носители заряда могут проходить через барьер за счёт квантового туннелирования, даже если температура невысока.
Диффузионный транспорт. Возможен в случаях, когда контакту предшествует создание переходных областей с изменённым распределением концентрации носителей.
Создание омического контакта требует тщательного подбора материалов и технологий. Основные методы:
Испарение и напыление металлов. Используется для получения тонких и равномерных металлических плёнок, образующих контакт с полупроводником.
Ионная имплантация и диффузия примесей. Обеспечивает высокое легирование приповерхностной области полупроводника для уменьшения толщины барьера.
Отжиг после нанесения металла. Термическая обработка улучшает межфазное взаимодействие, снижает дефектность и способствует формированию проводящей промежуточной зоны.
Использование многослойных систем металл–металл. Применение комбинаций металлов с разной работой выхода позволяет оптимизировать контакт и уменьшить сопротивление.
Ключевыми параметрами, определяющими качество омического контакта, являются:
Контактное сопротивление (Rс). Оно должно быть минимальным для снижения потерь мощности и повышения эффективности устройств.
Стабильность во времени и при воздействии температур. Омический контакт должен сохранять свои свойства при длительной эксплуатации, нагреве и охлаждении.
Симметрия вольт-амперной характеристики. В идеале характеристика должна быть линейной, без проявления диодных эффектов.
Омические контакты широко применяются в различных полупроводниковых приборах: