镀银表面金属接触MOM单点结构的非线性方程

由前面的分析可知，受界面势垒影响的非线性电流机制主要包括热发射电流、直接隧穿电流和F－N（Fowler－Nordheim）场发射隧穿电流，受体效应影响的非线性电流机制主要包括P－F（Pool－Frenkel）热发射电流和空间电荷限制电流。对实际的MOM 结构，由于氧化层的薄膜厚度、薄膜中的缺陷和温度等有所不同，影响MOM 非线性电流的主要机制也会随之改变。事实上，隧穿电流只在氧化层厚度较薄时起作用，随着氧化层厚度的增加，隧穿电流会迅速减小。因此，对实际的MOM 结构需要按不同情况分别给出非线性电流的综合特性。

2.2.3.1　MOM 单点结构的基本非线性方程

（1）考虑镜像力势垒降低效应的热发射电流J－V 关系。

当时，有

当时，有

（2）考虑镜像力和氧化物层上场分布为匀场情况的量子隧穿电流计算公式。

式中，

（3）F－N 场发射电流J－V 特性。

（4）P－F 热发射电流J－V 关系。

考虑氧化物中存在浓度为Nt的陷阱，陷阱的激活能为Et。

式中，，μ 为电子迁移率，NC为导带有效状态密度，Nd为施主杂质浓度，Ed为能带结构中的能量。

（5）空间电荷限制电流。

考虑氧化物中存在浓度为Nt的陷阱，陷阱的激活能为Et。

当时，有

当时，有(www.xing528.com)

式中，。

2.2.3.2　MOM 单点结构的非线性电流综合特性

在此，以镀银表面接触MOM 结构为例进行计算分析。当氧化银层为n 型或强p 型时，Ag/Ag2O 界面形成阻挡层势垒。当氧化层厚度较薄时，非线性电流主要由隧穿电流、热电子发射电流和F－N 场发射电流决定。图2－9、图2－10 分别给出了氧化银层为n 型和强p 型时的J－V 关系曲线，氧化层厚度分别取4 nm 和5 nm。可以看出，当氧化层厚度较薄时，电流主要受隧穿电流影响；当氧化层厚度增加时，隧穿电流迅速减小，热发射起主要作用。

图2-9　n 型阻挡层势垒薄氧化层J-V 特性曲线

（a）氧化层厚度为4 nm 条件下的电流密度；（b）氧化层厚度为5 nm 条件下的电流密度

图2-10　p 型阻挡层势垒（强p 型）薄氧化层J-V 特性曲线

（a）氧化层厚度为3.5 nm 条件下的电流密度；（b）氧化层厚度为5 nm 条件下的电流密度

对于弱p 型氧化银层，Ag 与Ag2O 形成欧姆界面接触，非线性电流主要受体效应影响，主要包括P－F 热发射电流和空间电荷限制电流。当氧化层厚度较厚并且金属与氧化层之间形成阻挡层势垒时（强p 型或n 型），需要同时考虑接触界面的电流机制（热发射电流和F－N 电流）和体效应机制（P－F 热发射电流、空间电荷限制电流和线性电流），如图2－11、图2－12所示。

图2-11　欧姆界面接触（弱p 型）J-V 特性曲线

（a）氧化层厚度为10 nm 条件下的电流密度；（b）氧化层厚度为100 nm 条件下的电流密度

图2-12　氧化层较厚且形成阻挡层势垒时的J-V 特性曲线

（a）强p 型条件下的电流密度

图2-12　氧化层较厚且形成阻挡层势垒时的J-V 特性曲线（续）

（b）n 型条件下的电流密度