Comparaison des modèles de la barrière inhomogène dans les contacts métal semiconducteur
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Université Sétif 1 - Ferhat ABBAS , Faculté de Technologie
Abstract
The potential barrier that is established at the metal-semiconductor interface has long been assumed to be homogeneous, i.e.
constant over the entire space charge zone. However, anomalies, without any physical explanation, have been observed. These
anomalies were attributed to inhomogeneities at the Schottky interface. Several models have been proposed to describe these
inhomogeneities but only two have succeeded in explaining the majority of the anomalies, namely, the Werner and Tung models.
The objective of this thesis is to study the theory of the Schottky barrier by taking into account the spatial fluctuations of the
potential barrier which is established at the interface of the Schottky contact. A comparative study between the two models of
Werner and Tung is thus presented. In this context, experimental results on the characterization of a Nickel-Vanadium type Schottky
diode on n-type silicon (NiV/n-Si) in the temperature range 75 to 300 K are presented. Indeed, analysis of the experimental current
voltage (I-V) measured curves based on the theory of thermionic emission (TE) has been carried out. The vertical optimization
method (VOM) was used to extract the values of certain parameters, namely, ideality factor, barrier height and series resistance.
Their values revealed a strong temperature dependence due to anomalies at the Schottky interface. Therefore, in order to analyze
this dependence, the Werner model, proving to be the most appropriate, under the assumption of a Gaussian distribution of the
height of the barrier was used. On the other hand, the use of Tung model revealed that T0 also has a temperature dependence. On
this point, the values of T0 obtained from the TE and Werner models represent, respectively, the limiting and intermediate cases of
those obtained using Tung model. This indicates that, on the one hand, the coherence between the different models which
complement each other, and on the other hand, the agreement between the theoretical and experimental results.
Description
La barrière de potentiel qui s’établit à l’interface métal-semiconducteur a longtemps été supposée homogène, c'est-à-dire constante sur toute la zone de charge d’espace. Cependant, des anomalies, sans aucune explication physique, ont été observées. Ces anomalies ont été attribuées à des inhomogénéités à l’interface Schottky. Plusieurs modèles ont été proposés pour décrire ces inhomogénéités mais deux seulement ont réussi à expliquer la majorité des anomalies, à savoir, les modèles de Werner et Tung. L’objectif de cette thèse est d’étudier la théorie de la barrière Schottky en tenant compte des fluctuations spatiales de la barrière de potentiel qui s’établit à l’interface du contact Schottky. Une étude comparative entre les deux modèles de Werner et Tung est ainsi présentée. Dans ce contexte, les résultats expérimentaux sur la caractérisation d’une diode Schottky de type Nickel-Vanadium sur du silicium de type n (NiV/n-Si) dans la plage des températures 75 à 300 K sont présentés. Au fait, L’analyse des mesures expérimentales courant-tension (I-V) en se basant sur la théorie de l'émission thermoïnique (TE) a été faite. La méthode d'optimisation verticale (VOM) a été utilisée pour extraire les valeurs de certains paramètres, à savoir, le facteur d'idéalité, la hauteur de la barrière et la résistance série. Ces valeurs trouvées révèlent une forte dépendance sur la température en raison des anomalies à l'interface Schottky. Par conséquent, afin d’analyser cette dépendance sur la température, le modèle de Werner, se montrant le plus approprié, sous hypothèse d'une distribution Gaussienne de la hauteur de la barrière a été utilisé. Par contre, l’utilisation du modèle de Tung a révélé que 𝑇0 présente aussi une dépendance sur la température. Sur ce point, les valeurs de 𝑇0 obtenues à partir des modèles de TE et de Werner représentent, respectivement, les cas limites et intermédiaires de celles obtenues en utilisant le modèle de Tung. Cela montre, d'une part, la cohérence entre les différents modèles qui se complètent, et d'autre part, l'accord entre les résultats théoriques et expérimentaux.