CONTACT MÉTAL SEMI- CONDUCTEUR. Diode Schottky

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1 1 CONTACT MÉTAL SEMI- CONDUCTEUR Diode Schottky

2 2 Contact Métal/SC: diode Schottky Plusieurs applications: Interconnexions Contact Ohmique Diode à barrière Schottky Survol des jonctions Isolant/SC Comparaison PN vs Schottky

3 Les interconnexions Actuellement, 6 à 8 niveaux de métal sur les «puces» (=> 10) Problèmes : Retards du signal Échauffement Compatibilité/ diffusion avec le dispositif Utilisation croissante de la technologie «cuivre». 3

4 Les interconnexions Matériau à faible constante diélectrique «low k» CS d R l S Résistivité les plus faibles possibles : filière Cu RC 4

5 5

6 6 Empilement de couches métal intel

7 7 Diode Schottky Quelques définitions (2!) e M Travail de sortie : Le travail de sortie est l énergie qu il faut fournir à un électron dans le métal pour l extraire du métal. On l appellera e M et son unité sera l électronvolt. Il est définit comme la différence entre le niveau de vide et le niveau de Fermi dans le métal. Affinité électronique e SC :l affinité électronique qui est la différence d énergie entre le niveau de vide et la bande de conduction BC.

8 Diode Schottky Formation du contact: Ici e M e SC Apparition d une barrière énergétique pour les électrons du métal : e b e SC Apparition d une barrière énergétique pour les électrons du SC : M e ev bi ev d e M e SC e MS 8

9 Contact ohmique ou redresseur? «ohmique» Semi-conducteur type n «redresseur» e e em es m s 9

10 Contact ohmique ou redresseur? «ohmique» Semi-conducteur type p «redresseur» e e em es m s 10

11 11 Contact ohmique ou redresseur? Mais présence d états d interface qui change le problème «simpliste» ci dessus

12 Diode Schottky: états d interfaces e b e M e SC eb Eg e0 cte ev bi ev d e M e SC e MS 12

13 Contacts Ohmiques «arrivée» des interconnexions sur le dispositifs. Un contact ohmique: Pas de chute de potentiel résistance au courant la plus faible possible Comment? 13

14 Contacts Ohmiques réalisation d un contact ohmique Il faut sur-doper le SC à l interface Le courant passe essentiellement par effet «tunnel». 14

15 Caractéristiques Capacité Tension C(V). Résultats identiques à une jonction P + N: d 2 V ( x) dx 2 ( x) SC en d E( x) ( x W ) SC V ( x) en SC d x ( 2 2 Wx) W 2 ( V V ) SC en bi d C A dq dv e N A A SC d 2 SC 2( Vbi V ) W 1 15

16 Courant dans une diode Schottky :I(V) Plusieurs mécanismes responsables du courant: Courant thermo-ionique Courant tunnel (SC fortement dopé) Différence fondamentale par rapport diode PN: Courant direct courant de majoritaires!! 16

17 Courant dans une diode Schottky :I(V) 17 Courant thermoïonique: les électrons qui arrivent à franchir la barrière e(v bi -V) forment ce courant: kt V V e n n bi b ) ( exp 0 avec kt E E N n F C C exp 0 Soit encore : kt V e N kt V V E E N n b C bi F C C b ) ( exp exp

18 Courant dans une diode Schottky :I(V) 18 On peut montrer (Singh) que le flux d électrons v n franchissant la barrière de potentiel est b 4 où v est la vitesse moyenne des électrons. Le courant d électrons du semi-conducteur vers le métal est alors simplement donné par : I I SM ( V ) I e v A 4 N C exp e( b kt V ) Si la tension de polarisation est nulle, il y a équilibre entre le courant M -> SC et le courant SC -> M, le courant est nul. MS SM e v A (0) N 4 C exp e( kt b )

19 19 Courant dans une diode Schottky :I(V) Si on polarise le système, I MS = cte = I S et le courant est donné par: ev I I SM I MS I S exp 1 kt Ce qui se réécrit ( dans la statistique de MB): I * 2 m ek 2 e b ev A T exp exp kt kt constante de Richardson

20 Courant dans une diode Schottky :I(V) 20 L autre composante majeure du courant: L effet tunnel (cas de diode fortement dopée) I tunnel AJ t 0 exp( ev E 0 ) avec E0 f ( N d, m *,...)

21 Circuit équivalent en petits signaux Éléments du circuit équivalent: Résistance dynamique dv R d di Capacité différentielle ou de jonction C en d SC 2( ) A Vbi V Résistance série de la diode R Inductance parasite S d R contacts 1 2 R RN C s L S Capacité «géométrique» de la diode SC A C géom L 21

22 Comparaison PN vs Schottky 22 Diode p-n Diode Schottky Courant inverse fct des majoritaires => forte dépendance en température Courant direct fct des minoritaires injectés depuis les régions n et p Courant inverse fonction de majoritaires qui «saute» la barrière dépendance en température plus faible Courant direct fct des majoritaires Nécessité de polariser le «dispo» pour mise en.conduction Commutation contrôlée par la recombinaison (disparition) des porteurs minoritaires Tension de mise en conduction faible Commutation contrôlée par Thermalisation des électrons Injectés => qq pico-secondes

23 23 hétérojonction Contact entre 2 matériaux semiconducteurs différents gaps différents discontinuité des bandes à la jonction. E C e( ) p n E C E V E g

24 Mise à l équilibre SC(n)/Sc(P) 24

25 Mise à l équilibre SC(n)/Sc(N) 25

26 Création d un gaz électronique bidimensionnel 26

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