Efectos del Estado Superficial y de Interfaz en la Relación Capacitancia-Tensión en Barreras Schottky

En presencia de una capa interfacial y estados de superficie del semiconductor, la altura de la barrera Schottky φb disminuye con el aumento del campo eléctrico E en la superficie del semiconductor. Si la concentración de dopaje del semiconductor Nd es uniforme en toda la región de agotamiento y si (qNd/ε) (dφb/dE)−E (d2φb/dE2) ≪1, donde V es la tensión aplicada y ε es la permitividad del semiconductor, la pendiente de la relación (capacitancia)−2 versus voltaje es constante y puede interpretarse para obtener Nd. La intersección en voltaje de la relación da como resultado una altura de barrera aparente φa relacionada con la verdadera barrera φb por φa=φb−E (dφb/dE) + (qNd/2ε) (dφb/dE)2, donde q es la carga del electrón. A partir de la variación medida de φa con Nd y una medida absoluta de φb en un valor de Nd, φb(E), y dφb(E)/dE se pueden deducir. A partir de dφb(E)/dE se puede obtener la densidad de estados en la superficie como función de la energía en la banda prohibida y el valor mínimo del grosor de la interfaz dividido por la permitividad relativa de la interfaz. Utilizando los datos de Archer y Atalla para diodos Au-Si cortados al vacío para ilustrar nuestro método, la densidad de estados en la superficie se encuentra en su punto máximo en un valor de aproximadamente 2×1014 cm−2·eV−1 a aproximadamente 0.83 por debajo de la banda de conducción y el valor mínimo del grosor de la interfaz dividido por la constante dieléctrica relativa se encuentra en el orden de 5 Å. Se proporcionan criterios que muestran cómo los datos de capacitancia-tensión del diodo Schottky pueden usarse adicionalmente, junto con mediciones de barreras fotoeléctricas, para detectar la presencia de impurezas profundas o la penetración de la carga de estados de superficie en el cuerpo del semiconductor.