Drain Current (A)
D ra in V o lta g e (V )
-5 -4 -3 -2 -1 0 1 2
Drain Current(A)
Drain Voltage(V)
-5 -4 -3 -2 -1 0 1 2 10-19
10-18 10-17 10-16 10-15 10-14 10-13 10-12 10-11 10-10 10-9 10-8 10-7 10-6 10-5
Drain Current(A)
Drain Voltage(V)
Vbg=0V Vbg=3V
Reverse:
Q@Vd=-4V
Forward:
Q@Vd=0.5V
圖3-31、蕭特基接面奈米線，矽參雜濃度 1e19 cm-3之Id_Vd 圖。
表3-4、蕭特基接面奈米線在順向偏壓和逆向偏壓之電導改電量之比較。
0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 10-15
10-14 10-13 10-12 10-11 10-10
Drain Current (A)
Back Gate Voltage (V)
Reverse Bias : Vd= -4V Reverse Bias : Vd= -3V
圖 3-32、蕭特基接面奈米線操作在逆向偏壓下之 Id_Vg 圖
0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0
10-8 10-7 10-6
Drain Current(A)
Back G ate Voltage (V)
Forw ard Bias : Vd=0.5V Forw ard Bias : Vd=0.8V
圖3-33、蕭特基接面奈米線操作在順向偏壓下之 Id_Vg 圖。
由圖(3-27)~圖(3-31)，我們探討不同蕭特基接面奈米線，矽奈米線的參雜濃 度來觀察對閘極效應的影響[24]。我們成功地模擬出蕭特基接面的電流電壓特性:
在順向偏壓下導通電壓(Turn-on voltage)約為0.3 V左右，我們在順向偏壓取0.5 V 為工作點(就是比較電導值變化的Vd基準點);在逆向崩潰電壓大約在-5 V，我們工 作點取在-4 V(還未達崩潰的範圍內的一基準點)，因為逆偏的Turn-on voltage在不 同外加閘極偏壓下約在-3 V左右之範圍內，又觀察到必須超過-3 V之後，又觀察 不同閘極偏壓下的電導值變化劇烈是超過-3 V之後，所以折衷選取工作點在-3 V 之後，但又在崩潰電壓-5 V之間的-4 V為工作點，可觀測到並計算出相當大的電 導值改變量。
所以這組實驗得到2個結論:
1.如同矽奈米線場效電晶體一樣，在低濃度的矽奈米線參雜下，外加閘極電壓 後，可得到電導值改變量較大的結果，在順偏和逆偏亦是同樣趨勢。
2.在逆偏操作下的外加不同閘極電壓，電導值改變量比順偏的條件下操作顯著許 多。
由圖(3-32)和圖(3-33)可觀察電流取對數後，各外加不同逆偏值和順偏值，逆 偏值隨閘極電壓變化較大(從斜率得知)，又可進一步驗證蕭特基二極體逆向偏壓 電流之閘極效應較順向偏壓電流明顯[25]。
3-4-2、蕭特基能帶圖解釋電流機制
5.050 5.075 5.100 5.125 5.150 5.175 5.200 -1.2 的模型(Barrier Tunneling Model)先來觀察趨勢，至於選用 1e18 cm-3是較為方便觀 察的一組圖形，1e15cm-3和1e16 cm-3隨不同閘極的能帶變化太過劇烈， 1e19 cm-3
2. Vg<0V (Vg=-10V，在圖 3-33 中綠線部份)下，Ec 和 Ev 同時往上拉，使得空 乏區的寬度變寬，降低了電流穿遂機制發生的比例，內建電位(Vbi)因此變大，
也驗證熱游離發射電流發生機率變大。
表3-5、蕭特基接面奈米線各參雜濃度下於各不同閘極外加偏壓下的能位障勢的 改變值和空乏區的寬度值。(表中黑體字為模擬值，藍體字為理論計值) 。
圖3-35、蕭特基能位障穿遂電流/熱游離輻射之電流比值[16]。
圖(3-35)在說明隨不同蕭特基二極體的矽部份的參雜濃度改變，不同電流產 生機制的比例也不同:在低濃度參雜下主要是由熱游離輻射機制主導電流產生，
在高濃度參雜下主要是由穿遂電流來主導電流的產生[27]。
0 .8 0 .9 1 .0 1 .1 1 .2 1 .3 1 .4 1 .5
-1 .4 -1 .2 -1 .0 -0 .8 -0 .6 -0 .4 -0 .2 0 .0 0 .2 0 .4 0 .6 0 .8 1 .0
Ec Ev
X (u m )
F o rw a r d b ia s , V d = 0 .2 V N o b ia s , V d = 0 V
R e v e rs e b ia s , V d = - 0 .2 V
圖3-36、固定電場下蕭特基能位障下降不理想效應模擬圖。
圖(3-36)是蕭特基二極體的不理想效應，是在固定電場下，由影像電荷所造 成的蕭特基能位障下降，此現象為蕭特基二極體實際會發生的狀況，吾人成功在 蕭特基二極體的Barrier Lowering Model 下，在理論的範圍下做合理的調動(在離 蕭特基接面處Xm 的距離下加入影像電荷之效應，依照理論計算後選取適當的外 加電場)，成功看到實際 Barrier Lowering 的效應(除了能位障勢的降低，還有圖 形拉動後的曲線呈現) 。此模擬的矽參雜濃度也為 1e18 cm-3，從表(3-5)可得到在 Barrier Tunneling Model 下，Barrier Height 值約為 0.556 eV 左右，在 Barrier Lowering Model 下的 Barrier height 約為 0.524 eV，大約降低了 0.032 eV 左右，
下降值也若在計算的合理範圍之內。但以1e18 cm-3之條件下來討論，算參雜濃 度較高的條件，電流的產生應以穿遂電流來主導較多，若是有能位障下降的情況 存在，熱游離發射機制發生機率就會提高，因此會出現在高濃度參雜的條件下，
改變了原本穿遂電流和熱游離發射電流發生的比例[28]。
在此，我們再進一步討論蕭特基二極體操作在逆向偏壓和順向偏壓時之情 況，能帶圖如下圖所示: