[发明专利]低电阻率接触

说明书

相关申请

本申请要求2011年9月16日提交的、序列号为61/535,646的临时专利申请的优先权，其公开内容由此通过引用以其整体合并到本文中。

技术领域

本公开涉及到半导体结构的低电阻率电接触。

背景技术

热电装置（即热电功率生成器和冷却器）已作为有前景的绿色技术出现。通常，热电装置供应了把废热能量转换成电功率或从固态装置提供冷却的能力。热电装置的应用的范围从电子热管理、到固态制冷、到从废热源的功率生成。热电材料的品质因数（ZT）是无量纲单位，用于比较各种材料的效率。品质因数（ZT）由三个物理参数确定，即热功率α（还称为塞贝克（Seebeck）系数）、电导率σ、热导率k和绝对温度T。

。

块状热电材料中的最大ZT由材料系统的固有属性支配。由于塞贝克系数和电导率之间的相反关系，大多数候选需要低热导率作为增强的ZT的驱动力。尽管有将近五十年的研究，塞贝克系数和电导率之间的这个相互依赖性和联系已经使得难以增加ZT > 1。 

虽然热电材料的固有属性是驱动热电装置效率的主要因素，但是性能还受在热电装置中存在的寄生电阻和热阻两者限制。寄生电阻主要归因于针对在外部金属电极被施加到热电材料的表面时形成的电流流动的势垒。在金属-热电界面（其是金属-半导体界面）处形成的势垒引入了对热电装置的性能有害的电阻。

到半导体材料的理想欧姆接触遵循以下关系：

其中是欧姆接触的电阻率，J是电流密度，并且V是电压。为了维持如图1中图示的电流和电压之间的线性关系，有必要避免如图2中示出的电流相对于施加的电压的全非线性行为。由于金属电极和半导体材料之间电子亲和力和功函数的差别，在金属-半导体界面处形成势垒。在n型半导体材料与金属层密切接触的情况中，图3的能带图中描绘的肖特基（Schottky）势垒高度可以由以下等式计算：

针对n型半导体材料，

其中是金属层的金属功函数，并且是半导体材料的电子亲和力。如图4中图示，对于p型半导体材料，势垒高度由半导体材料的价带顶边和金属中的费米能量的差给出：

针对p型半导体，

其中是半导体带隙并且q是电子电荷。在势垒上或穿过势垒的载流子的传导确定欧姆接触的电阻率的值。照此，势垒高度的减小是对获得低电阻接触的主要驱动。

照此，存在对用于减小金属和半导体材料之间的界面处的势垒高度以提供低电阻率电接触的系统和方法的需要。

发明内容

公开了到半导体结构的低电阻率接触的实施例。在一个实施例中，一种半导体结构包括：半导体层；处于半导体层的表面上的、具有低带隙的半导体接触层；以及处于半导体接触层的与半导体层相对的表面上的金属电极。半导体接触层的带隙在0到0.2电子伏（eV）范围内并且包括0和0.2电子伏，更优选地在0到0.1 eV范围内并且包括0和0.1 eV，甚至更优选地在0到0.05 eV范围内并且包括0和0.05 eV。优选地，半导体层是p型半导体层。在一个具体实施例中，半导体接触层和金属电极形成到p型半导体层的欧姆接触，并且由于半导体接触层的低带隙，欧姆接触具有小于1x10^-6 欧姆·cm²的电阻率。

在一个实施例中，半导体接触层由具有低带隙的IV-VI族半导体材料形成。在一个具体实施例中，半导体接触层由Pb_xSn_1-xSe形成，其中0≤x≤1。在一个实施例中，Pb_xSn_1-xSe中Sn的摩尔分数在0.08到0.46范围内并且包括0.08和0.46，更优选地在0.18到0.37范围内并且包括0.18和0.37，并且甚至更优选地在0.23到0.32范围内并且包括0.23和0.32。在另一具体实施例中，半导体接触层由Pb_xSn_1-xTe形成，其中0≤x≤1。在一个实施例中，Pb_xSn_1-xTe中Sn的摩尔分数在0.21到0.95范围内并且包括0.21和0.95，更优选地在0.4到0.76范围内并且包括0.4和0.76，并且甚至更优选地在0.49到0.67范围内并且包括0.49和0.67。