Der Strom über den Schottkykontakt wird im wesentlichen durch die Emission von Elektronen über die Barriere bestimmt. Abb. 3.4 zeigt die verschiedenen Transportmechanismen für eine in Flußrichtung gepolte Schottkybarriere. Neben der Emission von Elektronen (hier vom Halbleiter ins Metall - Abb. 3.4a) tragen auch Elektronen, die die Barriere durchtunneln (Abb. 3.4b), und Rekombination von Elektronen und Löchern in der Depletionszone (Abb. 3.4c) und im Substrat (Abb. 3.4d) zum Gesamtstrom bei.
Abbildung 3.4: Stromtransportmechanismen in einer Schottkybarriere
Vernachlässigt man Tunnelströme und Rekombinationsprozesse (man spricht dann von einer `idealen' Schottkydiode), so läßt sich der gesamte Stromtransport durch zwei hintereinander ablaufende Prozesse beschreiben, die getrennt betrachtet werden können. Zuerst bewegen sich die Ladungsträger durch die Raumladungszone zur Barriere. Dieser Vorgang kann mit den Halbleitergleichungen beschrieben werden. Dann erfolgt die Emission über die Barriere. Ursprünglich wurden zwei Theorien zur Beschreibung von Schottkybarrieren entwickelt, die jeweils einen der Prozesse als den dominierenden ansehen. In der Diffusionstheorie von Schottky [73] wird der Stromfluß gänzlich durch den Elektronentransport in der Raumladungszone bestimmt. Hingegen ist in der thermionischen Emissionstheorie von Bethe [6] die Emission über die Schottkybarriere der limitierende Faktor. Eine detaillierte Herleitung der beiden Theorien findet man in [68]. In beiden Fällen wird der Stromfluß über einen Schottkykontakt auf einem homogen dotierten Halbleiter berechnet. In Abb. 3.5 ist der Verlauf des Quasiferminiveaus (der Gradient des Quasiferminiveaus ist die treibende Kraft des Stromflusses) an einem in Flußrichtung gepolten Kontakt dargestellt.
Abbildung 3.5: Verlauf der Quasiferminiveaus in einer positiv gepolten Schottkydiode
nach der Diffusionstheorie (- - -) und der thermionischen Emissionstheorie
(...)
Hier erkennt man den Unterschied in den beiden Theorien. In der Diffusionstheorie wird das Quasiferminiveau der Elektronen im Halbleiter kontinuierlich an das Ferminiveau im Metall angeglichen. Am Kontakt selbst sind die Elektronen im thermischen Gleichgewicht. Dagegen wird in der thermionischen Emissionstheorie das Quasiferminiveau in der gesamten Raumladungszone als konstant angenommen. Somit stimmen am Kontakt die Ferminiveaus im Metall und im Halbleiter nicht überein. Es wird hier angenommen, daß die Angleichung der Ferminiveaus durch Kollisionen der ins Metall emittierten Elektronen mit dem Gitter in einem schmalen Übergangsbereich im Metall erfolgt. An der Änderung des Quasiferminiveaus erkennt man, in welchem Bereich die den Stromfluß bestimmende Kraft wirkt. Da in der Praxis beide Mechanismen gemeinsam wirken, wurde in der Folge versucht, die beiden Theorien zu kombinieren und so auch den Wert des Quasiferminiveaus am Schottkykontakt zu ermitteln.