J. Phys. France 42, 1313-1325 (1981)
DOI: 10.1051/jphys:019810042090131300

Schottky-barriers for clean, etched and reactive metal-semiconductor junctions

E. Louis¹ et F. Flores<sup>2

1</sup>  I + D Productos, División de Metalurgia, ENDASA, Alicante, Spain
²  Departamento de Fisica del Estado Sólido (UAM) and Instituto de Fisica del Estado Sólido (CSIC), Universidad Autónoma, Cantoblanco, Madrid, Spain

Abstract
A unifying simple model for clean, etched and reactive metal-semiconductor junctions is proposed. For clean junctions the possibility of some relaxation or a physisorbed layer at the interface is also considered. As regards the other two, the crucial parameter of the model is the amount of charge located in the semiconductor surface states that reacts either with the etching agent or the metal. The selfconsistent redistribution of charge at the junction and its density of states are analysed as a function of the interface conditions. Virtual states or dangling bond derived resonances (characteristics of non reactive interfaces) and new interface states induced by the chemical reactions are embodied in the theory. The interface density of states is used to obtain the charge neutrality level, a central concept to explain the behaviour of metal-semiconductor junctions. The available data for ionic and covalent semiconductor non reactive junctions, and etched and reactive Si(111) junctions, are discussed within this context. Although in most cases only a qualitative comparison between the theory and experiment can be done, the model is shown to be helpful for improving our understanding of the different factors governing the junction behaviour.

Résumé
Nous proposons un modèle simple et général pour les jonctions métal-semiconducteur propres, décapées ou bien chimiquement actives. Pour les jonctions propres, nous considérons également la possibilité d'une relaxation ou de la présence d'une couche physisorbée. En ce qui concerne les deux autres cas, le paramètre crucial du modèle est la charge électrique liée aux états électroniques de surface qui réagit soit avec l'agent décapant, soit avec le métal. Nous analysons de manière self-consistante la redistribution de cette charge à la jonction ainsi que la densité d'états correspondante. Dans ce modèle nous incluons les résonances induites par les états liés ou les liaisons libres (caractéristiques des interfaces inactives chimiquement) ainsi que les nouveaux états à l'interface créés par réaction chimique. La densité d'états à l'interface est utilisée pour trouver le niveau de charge neutre qui est un concept fondamental pour la description du comportement des jonctions métal-semiconducteur. Dans ce contexte nous discutons les données expérimentales concernant les jonctions non réactives avec des semiconducteurs ioniques ou covalents ainsi que les jonctions décapées et actives de Si(111). Bien que, dans la plupart des cas, seule une comparaison qualitative entre la théorie et les données expérimentales soit possible, nous montrons comment ce modèle peut être utile à la compréhension des différents facteurs inhérents au comportement de la jonction.

PACS
7320 - Electron states at surfaces and interfaces.
7330 - Surface double layers, Schottky barriers, and work functions.
7340N - Metal-nonmetal contacts.

Key words
interface electron states -- Schottky effect -- semiconductor metal boundaries