金屬和半導(dǎo)體的接觸課件

1、金屬和半導(dǎo)體的接觸第七章第七章 金屬和半導(dǎo)體的接觸金屬和半導(dǎo)體的接觸 e-mail: 7.1 金屬半導(dǎo)體接觸金屬半導(dǎo)體接觸及其能帶圖及其能帶圖金屬和半導(dǎo)體的接觸金屬和半導(dǎo)體的接觸金屬金屬半導(dǎo)體接觸半導(dǎo)體接觸 整流接觸整流接觸：微波技術(shù)和高速集成電路：微波技術(shù)和高速集成電路 歐姆接觸歐姆接觸：電極制作：電極制作 成為界面物理重要內(nèi)容成為界面物理重要內(nèi)容半導(dǎo)體器件重要部分半導(dǎo)體器件重要部分能級(jí)圖能級(jí)圖整流特征整流特征 歐姆接觸歐姆接觸 金屬和半導(dǎo)體的接觸1.1.金屬與半導(dǎo)體的功函數(shù)金屬與半導(dǎo)體的功函數(shù)功函數(shù)：金屬中的電子從金屬中逸出，需由外界供給它足夠的能量，功函數(shù)：金屬中的電子從金屬中逸出，需由

2、外界供給它足夠的能量， 這個(gè)能量的最低值被稱為功函數(shù)。這個(gè)能量的最低值被稱為功函數(shù)。 金屬功函數(shù)金屬功函數(shù)wm=e0-(ef)m金屬中的電子勢(shì)阱金屬中的電子勢(shì)阱半導(dǎo)體的功函數(shù)和電子親和能半導(dǎo)體的功函數(shù)和電子親和能e0為真空電子能級(jí)為真空電子能級(jí) 半導(dǎo)體功函數(shù)半導(dǎo)體功函數(shù)ws=e0-(ef)s 電子親和能電子親和能=e0-ec ws=+ec-(ef)s =+enen=ec-(ef)s金屬和半導(dǎo)體的接觸2.2.接觸電勢(shì)差（肖特基模型）接觸電勢(shì)差（肖特基模型）金屬和金屬和n型半導(dǎo)體接觸能帶圖（型半導(dǎo)體接觸能帶圖（wmws）（a）接觸前；（）接觸前；（b）間隙很大；）間隙很大； （c）緊密接觸；（）緊

3、密接觸；（d）忽略間隙）忽略間隙半導(dǎo)體電勢(shì)半導(dǎo)體電勢(shì)提高提高金屬電勢(shì)金屬電勢(shì)降低降低平衡態(tài)，費(fèi)米能級(jí)相等平衡態(tài)，費(fèi)米能級(jí)相等qwwvvvmssmms)b(接觸電勢(shì)差金半間距金半間距d d遠(yuǎn)大于原子間距時(shí)遠(yuǎn)大于原子間距時(shí)d d正負(fù)電荷密度增加正負(fù)電荷密度增加svqwwvmsms) c (接觸電勢(shì)差d d與原子間距相比與原子間距相比很小接觸電勢(shì)差ms)d(vmnsmnsndnssmsd)(wewweqveqvqwwqvqv半導(dǎo)體空間電荷區(qū)形成（空間電荷區(qū)形成（why），表面勢(shì)，能帶彎曲），表面勢(shì)，能帶彎曲（理想）（理想）肖特基勢(shì)壘高度肖特基勢(shì)壘高度 金屬和半導(dǎo)體的接觸小結(jié)：小結(jié)：（1）金屬與）金屬

4、與n型半導(dǎo)體接觸型半導(dǎo)體接觸u wmws，電子由半導(dǎo)體進(jìn)入金屬，在半導(dǎo)體表面形成電子勢(shì)壘，電子由半導(dǎo)體進(jìn)入金屬，在半導(dǎo)體表面形成電子勢(shì)壘 （阻擋層）（阻擋層）u wswm，電子由金屬進(jìn)入半導(dǎo)體，電子由金屬進(jìn)入半導(dǎo)體，vs0，能帶下降，表面是電子勢(shì)阱，能帶下降，表面是電子勢(shì)阱， 形成電導(dǎo)層（形成電導(dǎo)層（反阻擋層反阻擋層） 金屬和金屬和n型半導(dǎo)體接觸能帶圖（型半導(dǎo)體接觸能帶圖（wmws ，能帶上升，空穴勢(shì)阱，半導(dǎo)體表面是高電導(dǎo)壓，為，能帶上升，空穴勢(shì)阱，半導(dǎo)體表面是高電導(dǎo)壓，為p p型反阻擋層型反阻擋層u wmws)(wm0），電壓主要降落在高阻區(qū)域阻擋層上。原來(lái)半導(dǎo)體表面和內(nèi)部之間的電勢(shì)差，即表

5、面勢(shì)是(vs0ln時(shí)時(shí) （2）熱電子發(fā)射理論）熱電子發(fā)射理論 xdln )，電子通過(guò)勢(shì)壘區(qū)要發(fā)生多次碰撞，這樣的阻擋層稱為厚阻擋層-適用于擴(kuò)散理論ln:電子的平均自由程x xd d: :勢(shì)壘寬度金屬和半導(dǎo)體的接觸 勢(shì)壘區(qū)存在電場(chǎng)，有電勢(shì)的變化，載流子濃度不均勻。計(jì)算通過(guò)勢(shì)壘的電流時(shí)，必須同時(shí)考慮漂移和擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)。 一般情況下，勢(shì)壘高度遠(yuǎn)大于k0t 時(shí)，勢(shì)壘區(qū)可近似為一個(gè)耗盡層。在耗盡層中，載流子極少，它們對(duì)空間電荷的貢獻(xiàn)可以忽略；雜質(zhì)全部電離，空間電荷完全由電離雜質(zhì)的電荷形成。n型半導(dǎo)體的耗盡層，耗盡層寬度xd 表示?？紤]半導(dǎo)體是均勻摻雜的，那么耗盡層中的電荷密度是均勻且等于qnd金屬和半導(dǎo)體的

6、接觸 勢(shì)壘高度勢(shì)壘高度qvqvd dkk0 0t t時(shí)，勢(shì)壘區(qū)內(nèi)的載時(shí)，勢(shì)壘區(qū)內(nèi)的載流子濃度流子濃度0 0 1xx0 xx0qnddd金屬和半導(dǎo)體的接觸 勢(shì)壘區(qū)的電勢(shì)分布 ：半導(dǎo)體內(nèi)電場(chǎng)為零，e(xd)=0；取金屬費(fèi)米能級(jí)位置為零電位， 則v(0)=ns；則邊界條件為： e(xd)=0 v(0)=ns； 金屬和半導(dǎo)體的接觸 4030nsxxdvdxdvxed利用邊界條件nsv vd dn 0205162ddrdddnsrqndve xxxdxqnvxxx 積分得到0v金屬和半導(dǎo)體的接觸 dxxdndxexnqjnn因此 100dxxdndxxdvtkxqnqdn金屬和半導(dǎo)體的接觸 1310tkqvejjsd得到142qn00dtkdqvevvjdrsd其中 131200200000020tkvqnstkqcdnsdrddtkxqvsnennvennxnxqnxve和，并利用邊界條件在等式兩邊同乘因子金屬和半導(dǎo)體的接觸討論：討論：時(shí)01vt