Numéro
Rev. Phys. Appl. (Paris)
Volume 22, Numéro 10, octobre 1987
Page(s) 1169 - 1175
DOI https://doi.org/10.1051/rphysap:0198700220100116900
Rev. Phys. Appl. (Paris) 22, 1169-1175 (1987)
DOI: 10.1051/rphysap:0198700220100116900

Conséquences d'une distribution spatiale des états d'interface sur la barrière de Schottky

G.N. Lu, C. Barret et T. Neffati

Institut d'Electronique Fondamentale, C.N.R.S., Unité Associée n° 22, Bâtiment 220, Université Paris-Sud, 91405 Orsay Cedex, France


Abstract
We have simulated the profile of the potential barrier at the metal-semiconductor interface supposing that interface charges are due to electronic states whose distribution in energy is discrete and whose density decreases exponentially inside the semiconductor. The effective barrier height is evaluated by taking into account the possibility of tunnel effect through very sharp barriers near the interface. A quantitative and systematic study is made to clarify the conditions in which Schottky barrier height is independent of the metal work function. Instead of introducing an insulating layer in order to separate the metal and the semiconductor, we show that a « buffer layer » which results from the interface states penetration has a similar effect on the Fermi level stabilization. It is also demonstrated from the comparison between two types (n and p) of semiconductor material that violations of the relation E g = ΦBn + ΦBp are possible.


Résumé
Nous présentons les résultats d'une simulation de la forme de la barrière de potentiel dans une interface métal-semiconducteur. La charge interfaciale est supposée provenir d'états électroniques énergétiquement discrets et de densité décroissant dans le semiconducteur suivant une loi exponentielle. D'autre part la hauteur effective de la barrière est estimée en tenant compte de la possibilité d'effet tunnel à travers des barrières très fines. Nous étudions de façon quantitative les conditions qui rendent la hauteur de barrière indépendante du travail de sortie du métal. La pénétration des états d'interface dans le semiconducteur provoque la création d'une « couche tampon » qui joue, pour la stabilisation du niveau de Fermi, un rôle similaire à celui d'une couche isolante séparant le métal et le semiconducteur. La comparaison des résultats obtenus sur un matériau de type n et un matériau de type p fait apparaître la possibilité de violations de la règle suivant laquelle la somme des hauteurs de barrières est égale à la largeur de la bande interdite du semiconducteur.

PACS
7330 - Surface double layers, Schottky barriers, and work functions.
7340N - Electrical properties of metal nonmetal contacts.

Key words
Fermi level -- interface electron states -- Schottky effect -- semiconductor metal boundaries -- Schottky barrier -- interface states spatial distribution -- potential barrier -- metal semiconductor interface -- effective barrier height -- tunnel effect -- buffer layer -- interface states penetration -- Fermi level stabilization