金屬和半導(dǎo)體的接觸

1、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 林 碩 E-mail: linshuo_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圖能級圖整流特征整流特征 歐姆接觸歐姆接觸 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，需由外界供給它足夠的能量， 這個(gè)能量的最低值被稱為功

2、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金屬中的電子勢阱金屬中的電子勢阱半導(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為真空電子能級為真空電子能級 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)s2.2.接觸電勢差（肖特基模型）接觸電勢差（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；（）緊密接觸；（d）忽略間隙）忽略間隙半導(dǎo)體電勢半導(dǎo)體電勢提高提高金屬電

3、勢金屬電勢降低降低平衡態(tài)，費(fèi)米能級相等平衡態(tài)，費(fèi)米能級相等qWWVVVmssmms)b(接觸電勢差金半間距金半間距D遠(yuǎn)大于原子間距時(shí)遠(yuǎn)大于原子間距時(shí)D正負(fù)電荷密度增加正負(fù)電荷密度增加sVqWWVmsms) c (接觸電勢差D與原子間距相比與原子間距相比很小接觸電勢差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，能帶彎曲），表面勢，能帶彎曲（理想）（理想）肖特基勢壘高度肖特基勢壘高度 小結(jié)：小結(jié)：（1）金屬與）金屬與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)體表面形成電子勢壘，電子由

4、半導(dǎo)體進(jìn)入金屬，在半導(dǎo)體表面形成電子勢壘 （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，表面是電子勢阱，能帶下降，表面是電子勢阱， 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，空穴勢阱，半導(dǎo)體表面是高電導(dǎo)壓，為，能帶上升，空穴勢阱，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。原來半導(dǎo)體表面和內(nèi)部之間的電勢差，即表面勢是(Vs0Ln時(shí)時(shí) （2）熱電子發(fā)射理論）熱電子發(fā)射理論 xdLn )，電子通過勢壘區(qū)要發(fā)生

5、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: :勢壘寬度 勢壘區(qū)存在電場，有電勢的變化，載流子濃度不均勻。計(jì)算通過勢壘的電流時(shí)，必須同時(shí)考慮漂移和擴(kuò)散運(yùn)動。 一般情況下，勢壘高度遠(yuǎn)大于k0T 時(shí)，勢壘區(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 勢壘高度勢壘高度qVqVD Dkk0 0T T時(shí)，勢壘區(qū)內(nèi)的載時(shí)，勢壘區(qū)內(nèi)的載流子濃度流子濃度0 0 1xx0 xx0qNddD 2022rdxVd代入泊松方程 30qN0D22rdxVd即 勢壘區(qū)的電勢分布 ：半導(dǎo)體內(nèi)電場為零，E(xd)=0；取金屬費(fèi)米能級位置為零電位， 則V(0)=ns；則邊界條件為： E(xd)=0 V(0)=ns； 4030nsxxdVdxdVxEd利用邊界條件nsVDn 0205162DdrDddnsrqNdVE xxxdxqNVxxx 積分得到0V dxxdnDxExnqJnn因此 100dxxdndxxdVTkxqnqDn 1310TkqVeJJSD得到142qN00DTkDqVeVVJDrSD其中 131200200000020TkVqnsT