Contactos Óhmicos aplicados a estudios de Resistividad eléctrica de materiales Semiconductores.

Hola estimados amigos de #stem-espanol.

Luego de estar durante casi quince días sin publicar en nuestra grandiosa comunidad #steem-espanol, @djredim2 está de vuelta. ESTOY MARAVILLADO de cómo ha crecido nuestra comunidad. Cada día me animo más a formar parte de este poderoso proyecto científico creado por @steemstem.

Estuve inactivo durante este tiempo debido a que me estaban evaluando la Tesis (TEG - Trabajo Especial de Grado) de mi licenciatura en física. Ha sido un proceso duro, pues, me cancelaron la presentación dos veces en un lapso de 8 días. Pero estoy agradecido con la Universidad del Zulia y con la Facultad Experimental de Ciencias porque desde el 14/02/18,
YA SOY LICENCIADO EN FÍSICA

De vuelta con el objeto del presente post, quiero hablarles de los Contactos Óhmicos en aplicaciones a estudios de Resistividad électrica de materiales Semiconductores.

Empezaré comentandoles que, en la experimentación existen factores externos que afectan directa o indirectamente a la medida experimental. Estos factores son mayormente despreciados a nivel macroscópico. Pero, nuestro trabajo como científicos, es siempre considerar los defectos microscópicos ya que estos mayormente resultan en errores bastantes importantes.

"En el análisis de Contactos eléctricos es necesario tener esto en cuenta".

Pues, la tecnología actual se basa en el estudio de los contactos sobre dispositivos con capacidades específicas. Desde el uso convencional del alambre de cobre como conductor eléctrico y el estaño como contacto metálico, hasta el uso específico de contactos de oro sobre la unión PN de un Diodo LED.

Consecuentemente, cuando se fabrican contactos sobre dispositivos el objetivo es tener, menores caídas de voltaje en la interfaz del contacto que caídas de voltaje en la región del material del dispositivo. Esto con el propósito de minimizar la presencia del contacto de manera que no afecte el rendimiento del dispositivo.

Figura 1 - Contactos (región gris) en transistores de unión bipolar (BJT). (a) PNP, (b)NPN. Referencia (1).

Contactos Óhmicos

Cuando un metal y un semiconductor son unidos, se forma una barrera de potencial en la interfaz. La Figura 2 muestra el diagrama de bandas de un contacto metal sobre un semiconductor. En la figura, ϵ_C y ϵ_V representan las bandas de conducción y de valencia respectivamente, ϵ_F representa el nivel de energía de Fermi, la altura de la barrera del potencial ∅_B y la anchura de la región de carga es W. Si ∅_m>∅_S, donde ∅_S y ∅_m son la función trabajo del semiconductor y del metal respectivamente, se forma la barrera mostrada en la Figura 2A (barrera Schottky). Esta barrera impide el flujo de corriente, incluso para valores pequeños de corriente, dando origen a grandes caídas de voltajes que aparecen a través de esta interface resultando en grande resistencia de contacto. Si ∅_m<∅_S, ∅_B puede hacerse cero o incluso negativo. En tal caso, la corriente no vera esencialmente ninguna resistencia, ya que no existe ninguna barrera (figura 2B). A tal contacto ideal se le define como uno que tiene una resistencia de valor cero o también como contacto óhmico.

Figura 2. Diagrama de bandas de un contacto metal sobre un semiconductor: (A) ∅_m>∅_S; (B) ∅_m<∅_S. Referencia (2).

Características corriente-voltaje.

Las características corriente-voltaje (I-V) de un contacto óhmico son comparadas con la de un contacto de barrera Schottky a través de la figura 3. Idealmente, un contacto óhmico tiene una característica I-V lineal.

Figura 3. Características I-V de una barrera Schottky y un contacto óhmico. Referencia (1).

Un camino más cuantitativo para describir el rendimiento de un contacto óhmico viene dado en términos específicos de resistividad del contacto . La expresión matemática de la resistividad eléctrica deriva de la ley de Ohm. La definición de agrupa los efectos de la interfaz del contacto dentro de una simple resistencia distribuida. Si la respuesta I-V de la interfaz es lineal, el valor de se aplica sobre todas las caídas de voltaje. Si la respuesta I-V es no lineal, el valor de solo es aplicable a un valor particular de corriente y voltaje.

La ley de Ohm es la observación experimental que describe la densidad de corriente eléctrica de un conductor a un campo eléctrico constante y a temperatura constante, y está expresada como:

Donde, la conductividad eléctrica y es la resistividad eléctrica del conductor. Para un conductor de área uniforme y una longitud , en la que una diferencia de potencial sobre este, produce una corriente eléctrica , tenemos las relaciones:

Reescribiendo las ecuaciones [1 y 2] obtenemos,

donde el cociente es llamado la resistencia eléctrica de un conductor. Con en Voltios, en Amperios y en Ohmios. Además, la resistividad viene dada en Ohmios por cm, si A viene dada en cm² y l en cm.

Un camino más cuantitativo para describir el rendimiento de un contacto óhmico viene dado en términos específicos de resistividad del contacto . La definición de agrupa los efectos de la interfaz del contacto dentro de una simple resistencia distribuida. Si la respuesta I-V de la interfaz es lineal, el valor de se aplica sobre todas las caídas de voltaje. Si la respuesta I-V es no lineal, el valor de solo es aplicable a un valor particular de corriente y voltage.

Cuando el flujo de corriente es perpendicular a la interfaz, la resistencia de una determinada área puede ser escrita como,

Y la caída de voltaje a través del contacto es calculada desde la ecuación [7]. Para flujos de corriente en un contacto plano, el flujo de corriente no es estrictamente perpendicular y la ecuación anterior no es aplicada directamente. En este caso, el concepto de es todavía un camino válido y conveniente para caracterizar el rendimiento del contacto. Por lo tanto, un contacto con valores de suficientemente pequeños sería llamado “óhmico”. Normalmente un contacto de este tipo tiene un en el rango de 10^-3 hasta 10^-6 Ohmios por cm2.

En una próxima oportunidad espero mostrarles algunas gráficas para que así podamos encontrar experimentalmente contactos óhmicos de muestras específicas y seguir con nuestra investigación científica.

REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS.

(1) Shur, Michael. (1990). Physics of semiconductor devices. New Jersey, USA. Editorial Prentice Hall Series in Solid State Physical Electronics. Editor Nick Holonyak, Jr. P.210-213.
(2) Fischer, Diane M. (1982). Study of ohmic contacts on Si – implanted GaAs. Thesis presented for the degree of Master of Science. USA. P.4-8.