本文中，GaN/PEDOT:PSS肖特基二极管的基本结构如图1所示，材料从下到上依次为：蓝宝石衬底；100nm的缓冲层AlN；2µmSi掺杂n型GaN；厚约80nm的PEDOT:PSS有机薄膜；与GaN接触的阴极In；与PEDOT:PSS接触的阳极Au。
图1 GaN/PEDOT:PSS肖特基接触的基本结构剖面图
2. n-GaN/PEDOT:PSS肖特基结的能带图
本文实验中所采用的GaN为n型，掺杂浓度较高。有机物的能带分为HOMO(Highest Occupied Molecular Orbital)和LOMO(Lower Unoccupied Molecular Orbital)。已占有电子的能级最高的轨道称为最高已占轨道，用HOMO表示。未占有电子的能级最低的轨道称为最低未占轨道，用LUMO表示。由于PEDOT:PSS的功函数为5.0eV，比n-GaN的亲和能(4.3eV)大，如图2(a)，当两者形成肖特基结时，电子从n-GaN一侧向PEDOT:PSS一侧流动，同时PEDOT:PSS电离的偶极子中空穴一方以相反方向n-GaN运动，直到二者费米能级相等两边达到动态平衡时为止，这时n-GaN和PEDOT:PSS有统一的费米能级，如图2(b)所示。n-GaN和PEDOT:PSS形成的肖特基结达到动态平衡时，在二者的界面层由于电子和空穴的复合，会形成一个空间电荷区，成为势垒区。
图2 n-GaN/PEDOT:PSS肖特基结能带图 (a)接触前 (b)接触后
PEDOT:PSS一端为阳极，n-GaN一端为阴极，当外加正电压，向PEDOT:PSS一端运动的电子比向n-GaN一端运动的空穴多，打破了动态平衡，空间电荷区变窄，肖特基势垒降低，有正电流流过肖特基结；当外加负电压时，空间电荷区变宽，肖特基势垒升高，空穴需要更大的能量才能越过肖特基势垒，因此，此时只有很少一部分空穴能越过势垒达到PEDOT:PSS一端，电流非常小，这也体现了肖特基二极管的整流特性。n-GaN/PEDOT:PSS肖特基结的正、反偏能带图如下图3所示。
图3 (a)正偏n-GaN/PEDOT:PSS肖特基结能带图
(b)反偏n-GaN/PEDOT:PSS肖特基结能带图
3. GaN/PEDOT:PSS的参数提取
由于GaN和PEDOT:PSS分别属于无机物和有机物，这使得二者形成的肖特基二极管等效结构比较复杂，但是可以用热电子发射模型来拟合。虽然通过热电子发射模型的正向I-V特性不能准确计算GaN/PEDOT:PSS肖特基接触的势垒高度和理想因子，但从I-V半对数坐标在Y轴的截距上也能反映肖特基势垒的情况。肖特基结一般使用热电子发射模型。根据热电子发射模型，我们可以得到，GaN/PEDOT:PSS接触的I-V方程如式(1)所示。
但是，式(1)是理想的热电子发射模型中的I-V方程，我们知道，通常半导体表面存在各种杂质、界面态、和缺陷，加之镜像力等影响因素，使得实际中的肖特基势垒高度会发生变化。在I-V特性的测试中，电流依赖于界面结构，界面材料接触的不均匀会导致肖特基接触的整流特性变差，而且混合异质肖特基结电流的传输机制也不仅仅为热电子发射模型，可能存在随穿电流，这些因素都可能导致反向漏电流增加，计算得到的肖特基势垒高度偏低等。为了更好的与实际结合，我们在式(1)中引入一个理想因子n来描述，引入后的电流-电压特性如式(3)，反向饱和电流Is不变。
图4 半对数坐标下的正偏肖特基接触I-V曲线