MS(Metal-Semiconductor) Junction (MS 접합)

안녕하십니까.

저번 PN Junction에 이어 이번 포스트에서는 MS Junction에 대해 알아보도록 하겠습니다!

포스트 내용 중 오류가 있을 경우 댓글로 말씀해주시면 감사하겠습니다!

 

---

1) MS(Metal-Semiconductor) Junction이란?

: Metal(금속)과 Semiconductor(반도체)의 접합

 

앞선 포스트에서 설명한 PN Junction의 경우 동종접합이지만,

MS Junction의 경우 금속-반도체 접합이기에 이종접합입니다.

 

이렇게 금속과 반도체를 접합시킬 경우,

접촉면에서 크게 두 가지의 접촉 현상이 발생합니다.

---

2) Schottky Contact (쇼트키 접촉)

: 금속과 반도체의 일함수 차이에 의해 Schottky Barrier (쇼트키 장벽)이 형성되는 접촉 현상

 

→ 금속의 일함수가 반도체의 일함수보다 큰 경우의 접합 (N Type 반도체)

→  반도체의 일함수가 금속의 일함수보다 큰 경우의 접합 (P Type 반도체)

에너지밴드 다이어그램을 살펴보면 접합면에 Schottky Barrier (쇼트키 장벽)와 내부전위 장벽을 확인할 수 있다.

내부전위 장벽의 경우 PN Junction과 마찬가지로 반도체에서 전자가 흘러나가는 것을 방해하는 장벽이고,

쇼트키 장벽의 경우 금속에서 반도체로 전자가  이동하려할 때 느끼는 전위 장벽입니다.

즉, 다시 말해 이 경우 장벽이 2개가 형성됩니다.

 

쇼트키 접촉 (N Type)

 

차례대로 역방향 전압(왼)을 인가하였을 때와 순방향 전압(오)을 인가하였을 때의 에너지밴드 다이어그램입니다.

우선 쇼트키 장벽은 어떤 전압을 걸어주어도 변하지 않음을 확인할 수 있습니다.

 

그렇지만, 역방향 전압을 인가한 경우 반도체-금속 간 장벽 높이가 증가하고,

순방향 전압을 인가한 경우 반도체-금속 간 장벽 높이가 감소하게 됩니다.

 

이에 따라 역방향 전압을 인가한 경우에는 전류가 흐르지 못하고,

순방향 전압을 인가였을 때만 전류가 흐르게 됩니다.

 

그러나 앞서 말했듯이 쇼트키 장벽의 높이는 변화하지 않고, 반도체 내의 전자가 느끼는 장벽 높이가 낮아지기 때문에 전자가 반도체에서 금속으로 이동하고, 전류는 반대로 금속에서 반도체 쪽으로 흐르게 됩니다.

 

이를 통해 PN Diode와 유사한 특성이 나타나는 것을 확인할 수 있습니다.

---

3) Ohmic Contact (저항성 접촉)

:  금속과 반도체 사이에서 양방향으로 전도가 이루어지는 접촉 현상

 

일반적으로 저항성 접촉에는 두 가지 형태가 존재합니다.

 

1. 이상적인 비정류성 장벽

→  금속의 일함수가 반도체의 일함수보다 작은 경우 (N Type 반도체)

→  반도체의 일함수가 금속의 일함수보다 작은 경우 (P Type 반도체)

 

에너지밴드 다이어그램을 살펴보면 쇼트키 접촉과 비교하였을 때, 전자의 이동이 훨씬 수월함을 확인할 수 있다.

그럼 해당 금속-반도체 접합에 역방향 전압과 순방향 전압을 인가해보도록 하겠습니다.

 

저항성 접촉 (N Type)

 

차례대로 역방향 전압(왼)과 순방향 전압(오)을 인가하였을 때의 에너지밴드 다이어그램입니다.

 

먼저 역방향 전압을 인가한 경우 금속에서 반도체로 전자가 쉽게 흘러가고,

순방향 전압을 인가한 경우 반도체에서 금속으로 전자가 쉽게 흘러가게 됩니다.

 

따라서 저항성 접촉의 경우 금속과 반도체 사이에서 양방향으로 전도가 이루어집니다.

 

2. 터널링 장벽

앞서 언급했던 정류성 금속-반도체 접합(쇼트키 접촉)에서 반도체의 도핑 농도가 높은 경우 공핍영역(공간전하영역)의 폭이 감소하고, 이에 따라 장벽을 통해 터널링하는 확률이 증가하게 됩니다.

따라서  터널링을 통해 금속과 반도체 사이 양방향 전도가 이루어지는 것을 이야기 합니다.