欧姆接触与肖特基接触的本质区别：物理机制与应用解析

在半导体器件中，金属与半导体的界面接触类型直接决定器件的电学行为。欧姆接触和肖特基接触因物理机制、特性及应用场景的显著差异，成为半导体领域的核心基础概念。本文从理论原理、特性对比及实际应用三方面解析两者的本质区别。

一、物理机制：势垒的有无决定接触属性

（一）欧姆接触：低阻导通的物理基础

欧姆接触的核心特征是接触界面不存在显著的势垒阻挡载流子传输，其物理本质源于金属与半导体的功函数匹配或界面态调控。具体实现方式包括：函数匹配：当金属与半导体功函数接近时（如 n 型硅与铝，功函数分别为 4.25 eV 和 4.28 eV），界面能带近似平直，载流子可自由扩散。重掺杂诱导隧道效应：通过对半导体表面重掺杂（浓度 > 10¹⁹ cm⁻³），使空间电荷区厚度压缩至纳米级，载流子通过量子隧道效应穿越极薄势垒层，接触电阻由半导体体电阻主导。

（二）肖特基接触：整流特性的势垒起源

肖特基接触的核心是界面形成具有整流作用的肖特基势垒，由金属与半导体功函数差异导致：

n 型半导体场景：

若金属功函数高于半导体（如铂与 n 型硅），电子从半导体向金属扩散，形成电子耗尽层，能带向上弯曲。

p 型半导体场景：若金属功函数低于半导体（如金与 p 型硅），空穴扩散形成空穴耗尽层，能带向下弯曲。此势垒使电流具有单向性：正向偏压时势垒降低，电流指数增长；反向偏压时势垒升高，仅存在极小饱和电流。

二、电学特性：从 I-V 曲线到关键参数对比

关键参数差异

势垒高度:

肖特基接触的核心参数，直接决定反向耐压与正向压降（如 SiC 肖特基二极管势垒高度 1.2 eV，可承受高压）；欧姆接触无此参数。理想因子:肖特基接触的理想因子反映界面缺陷影响（理想值 1，实际 1.1-1.5），欧姆接触无此概念。

三、应用场景：功能导向的精准适配

（一）欧姆接触：低阻互联的刚需场景

集成电路互连线

• CMOS 器件的源 / 漏极与金属导线需欧姆接触以降低 RC 延迟。例如 7nm 芯片中，源漏区通过重掺杂（磷 / 硼浓度 10²⁰ cm⁻³）与钛 / 铂 / 金形成低阻接触。

功率器件电极

IGBT、MOSFET 的源漏极需低阻接触承载大电流。硅基 MOSFET 漏极常采用深磷扩散（>10¹⁹ cm⁻³）与镍形成欧姆接触，降低导通损耗。

（二）肖特基接触：整流与检测的核心应用

肖特基二极管（SBD）

• 利用单向导电性实现高频整流。碳化硅肖特基二极管正向压降仅 1.5V（硅 pn 结 0.7V），开关速度快 10 倍，用于新能源汽车 OBC。

射频器件栅极

• GaAs 基 MESFET 的栅极采用肖特基接触，通过电压调控势垒宽度实现高频信号放大。

光电器件

肖特基结的光生伏特效应用于紫外探测器（如金 - 蓝宝石 - SiC 结），光激发载流子穿越势垒产生信号。

四、制备工艺：材料与界面的精准控制

（一）欧姆接触的关键工艺

重掺杂技术

• 离子注入（如磷离子）结合高温退火（>1000℃）激活杂质，形成 50-200nm 厚高掺杂层。

金属选择

n 型硅常用钛 / 铂 / 金多层结构，钛与硅反应生成低阻硅化物（TiSi₂）；p 型硅可采用铝或硼硅玻璃合金。

（二）肖特基接触的关键工艺

界面清洁

• 氢氟酸刻蚀去除半导体表面氧化层（如 SiO₂），避免界面态密度升高导致势垒降低（肖特基势垒降低效应）。

低温沉积

金属（如 GaN 肖特基接触的铂 / 镍）通过溅射或电子束蒸发沉积，避免高温退火破坏势垒，通常退火温度 < 400℃。

五、总结：势垒有无定义器件功能

欧姆接触与肖特基接触的本质区别在于界面是否存在整流势垒：前者通过功函数匹配或重掺杂实现低阻导通，后者依赖势垒实现单向导电。这一差异使其分别成为集成电路互联与功率器件、射频元件的核心技术。随着宽禁带半导体的发展，通过原子层沉积等技术精确调控界面态，优化两类接触的性能，将持续推动半导体器件的进步。

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