材料物理復(fù)習(xí)題

1、第第1111講講 第第4 4章章 金屬薄膜的導(dǎo)電金屬薄膜的導(dǎo)電材料物理復(fù)習(xí)題材料物理復(fù)習(xí)題第第1111講講 第第4 4章章 金屬薄膜的導(dǎo)電金屬薄膜的導(dǎo)電1. 1. 簡(jiǎn)述物理氣相沉積薄膜的物理過(guò)程簡(jiǎn)述物理氣相沉積薄膜的物理過(guò)程2. 2. 簡(jiǎn)述簡(jiǎn)述: : 臨界核概念臨界核概念; ; 微滴理論微滴理論; ; 原子理論原子理論; ; 表面結(jié)構(gòu)馳豫和重構(gòu)表面結(jié)構(gòu)馳豫和重構(gòu). .3. 3. 薄膜的形成的物理過(guò)程薄膜的形成的物理過(guò)程4.4.怎樣描述薄膜與基片結(jié)構(gòu)不匹配及解決措施怎樣描述薄膜與基片結(jié)構(gòu)不匹配及解決措施. .5. 5. 薄膜的附著類型及薄膜的附著類型及影響薄膜附著力的工藝因素影響薄膜附著力的工藝

2、因素.6. 6. 附著力的測(cè)試方法有哪些詳述其中一種方法附著力的測(cè)試方法有哪些詳述其中一種方法. .7.7.薄膜熱應(yīng)力與本征應(yīng)力及內(nèi)應(yīng)力的區(qū)別薄膜熱應(yīng)力與本征應(yīng)力及內(nèi)應(yīng)力的區(qū)別. .8. 8. 薄膜的電阻來(lái)源及與塊材的區(qū)別薄膜的電阻來(lái)源及與塊材的區(qū)別. .第第1111講講 第第4 4章章 金屬薄膜的導(dǎo)電金屬薄膜的導(dǎo)電9.9.簡(jiǎn)述熱電子發(fā)射理論和肖特基發(fā)射理論簡(jiǎn)述熱電子發(fā)射理論和肖特基發(fā)射理論10.10.簡(jiǎn)述玻耳茲曼輸出方程簡(jiǎn)述玻耳茲曼輸出方程電導(dǎo)率的統(tǒng)計(jì)理論電導(dǎo)率的統(tǒng)計(jì)理論11.11.簡(jiǎn)述半導(dǎo)體表面的雙電層和表面態(tài)的形成簡(jiǎn)述半導(dǎo)體表面的雙電層和表面態(tài)的形成. . 12.12.敘述半導(dǎo)體表面處的

3、耗盡層和反型層并畫出能敘述半導(dǎo)體表面處的耗盡層和反型層并畫出能 帶結(jié)構(gòu)圖帶結(jié)構(gòu)圖13.13.敘述反型異質(zhì)結(jié)和同型異質(zhì)結(jié)敘述反型異質(zhì)結(jié)和同型異質(zhì)結(jié)14.14.金屬與型半導(dǎo)體接觸時(shí)什么條件下形成整金屬與型半導(dǎo)體接觸時(shí)什么條件下形成整流接觸流接觸? ?什么條件下形成歐姆接觸什么條件下形成歐姆接觸? ? 第第1111講講 第第4 4章章 金屬薄膜的導(dǎo)電金屬薄膜的導(dǎo)電 第四章第四章 薄膜的表面和界面薄膜的表面和界面( (續(xù)續(xù)) ) 第第1111講講 在研究薄膜中，表面：固體和氣體或真空的分界面在研究薄膜中，表面：固體和氣體或真空的分界面 界面界面: : 固體和固體的分界面固體和固體的分界面 幾何表面：表

4、面的幾何分界面。幾何表面：表面的幾何分界面。 物理表面：一個(gè)電子結(jié)構(gòu)不同于內(nèi)部的表面區(qū)域物理表面：一個(gè)電子結(jié)構(gòu)不同于內(nèi)部的表面區(qū)域 由于具體的材料不同，表面區(qū)的厚度有很大的差異由于具體的材料不同，表面區(qū)的厚度有很大的差異 薄膜的常用厚度為幾十到幾百薄膜的常用厚度為幾十到幾百nm.nm. 金屬的表面區(qū)只有一金屬的表面區(qū)只有一. .二個(gè)原子層；二個(gè)原子層； 半導(dǎo)體的表面區(qū)，卻有幾個(gè)，甚至幾千個(gè)原子層；半導(dǎo)體的表面區(qū)，卻有幾個(gè)，甚至幾千個(gè)原子層； 電介質(zhì)的表面區(qū)更厚。電介質(zhì)的表面區(qū)更厚。第第1111講講 第第4 4章章 金屬薄膜的導(dǎo)電金屬薄膜的導(dǎo)電金屬表面帶正電，半導(dǎo)體的界面層中帶負(fù)電，金屬表面帶正

5、電，半導(dǎo)體的界面層中帶負(fù)電， 由電子增多，所以半導(dǎo)體界面層的費(fèi)米能解的由電子增多，所以半導(dǎo)體界面層的費(fèi)米能解的價(jià)帶頂?shù)木嚯x增大，價(jià)帶向下彎曲價(jià)帶頂?shù)木嚯x增大，價(jià)帶向下彎曲正電荷面正電荷面金屬一側(cè)金屬一側(cè)半導(dǎo)體一側(cè)半導(dǎo)體一側(cè)負(fù)電荷層（空間電荷層），負(fù)電荷層（空間電荷層），由電離的受主構(gòu)成由電離的受主構(gòu)成 當(dāng)當(dāng)m mm m 電流為電流為導(dǎo)致有較多的空穴從半導(dǎo)體流向金屬：導(dǎo)致有較多的空穴從半導(dǎo)體流向金屬：第第1111講講 第第4 4章章 金屬薄膜的導(dǎo)電金屬薄膜的導(dǎo)電 smmsJkssmVJ 圖（圖（e e）：）：V Vm m=0=0，V Vs s=-V=-V，即半導(dǎo)體一側(cè)接負(fù)，即半導(dǎo)體一側(cè)接負(fù) 半導(dǎo)

6、體中的電子能為上升，或半導(dǎo)體中的空穴能半導(dǎo)體中的電子能為上升，或半導(dǎo)體中的空穴能位下降位下降0,s maxmsmJk 但：但：對(duì)金屬來(lái)說(shuō)對(duì)金屬來(lái)說(shuō)m m很小很小. . 阻向，反向阻向，反向?qū)е掠锌昭◤慕饘倭飨虬雽?dǎo)體形成電流：導(dǎo)致有空穴從金屬流向半導(dǎo)體形成電流：m ms s第第1111講講 第第4 4章章 金屬薄膜的導(dǎo)電金屬薄膜的導(dǎo)電當(dāng)當(dāng)m ms s時(shí)，金屬與時(shí)，金屬與p p型半導(dǎo)體接觸如圖：型半導(dǎo)體接觸如圖：(a)(a)接觸前接觸前p 型型FECE金屬金屬m 雜質(zhì)能級(jí)雜質(zhì)能級(jí)ssE CES FEVEaESES msmsFECEVEms msE p 型型金屬金屬(b)接觸后接觸后第第1111講講

7、 第第4 4章章 金屬薄膜的導(dǎo)電金屬薄膜的導(dǎo)電 接觸后，電子從半導(dǎo)體流向金屬，在半導(dǎo)體表面接觸后，電子從半導(dǎo)體流向金屬，在半導(dǎo)體表面形成空穴，在金屬表面積積累電子，從而形成雙電層。形成空穴，在金屬表面積積累電子，從而形成雙電層。對(duì)電子來(lái)說(shuō)，界面處有相當(dāng)大的位壘，但是對(duì)于空穴對(duì)電子來(lái)說(shuō)，界面處有相當(dāng)大的位壘，但是對(duì)于空穴來(lái)說(shuō)，情況正好相反。因而空穴很易從空穴從半導(dǎo)體來(lái)說(shuō)，情況正好相反。因而空穴很易從空穴從半導(dǎo)體流向金屬，并瞬時(shí)得到中和。因?yàn)闊峒ぐl(fā)，在金屬導(dǎo)流向金屬，并瞬時(shí)得到中和。因?yàn)闊峒ぐl(fā)，在金屬導(dǎo)帶中形成的空穴也很易流入半導(dǎo)體，所以這種接觸沒(méi)帶中形成的空穴也很易流入半導(dǎo)體，所以這種接觸沒(méi)有整

8、流效應(yīng)，是歐姆接觸有整流效應(yīng)，是歐姆接觸 有表面態(tài)的影響有表面態(tài)的影響 第第1111講講 第第4 4章章 金屬薄膜的導(dǎo)電金屬薄膜的導(dǎo)電對(duì)于金屬與半導(dǎo)體薄膜的接觸：對(duì)于金屬與半導(dǎo)體薄膜的接觸：須進(jìn)行研究須進(jìn)行研究n n型半導(dǎo)體型半導(dǎo)體CdsCds薄膜薄膜碲，鉑，金接觸碲，鉑，金接觸整流接觸整流接觸鋁，鉻，銦接觸鋁，鉻，銦接觸歐姆接觸歐姆接觸第第1111講講 第第4 4章章 金屬薄膜的導(dǎo)電金屬薄膜的導(dǎo)電(3) (3) 表面態(tài)對(duì)接觸特性的影響表面態(tài)對(duì)接觸特性的影響 接觸界面的電荷分布和勢(shì)壘是由金屬表面態(tài)和接觸界面的電荷分布和勢(shì)壘是由金屬表面態(tài)和半導(dǎo)體這三個(gè)電子系統(tǒng)的相互平衡決定，這三個(gè)系統(tǒng)半導(dǎo)體這三

9、個(gè)電子系統(tǒng)的相互平衡決定，這三個(gè)系統(tǒng)美歐相互接觸，如下美歐相互接觸，如下 E EF F是表面態(tài)處于電中性時(shí)的費(fèi)米能級(jí)，可將是表面態(tài)處于電中性時(shí)的費(fèi)米能級(jí)，可將它看成是填滿的和空的表面能解的分界線。它看成是填滿的和空的表面能解的分界線。FE金屬金屬m p 型型CEVEFES S FE 0 接觸前接觸前: :各自處于電中性的各自處于電中性的情況情況第第1111講講 第第4 4章章 金屬薄膜的導(dǎo)電金屬薄膜的導(dǎo)電023gE Vs s：從表面態(tài)：從表面態(tài)E EF F到真空能解的能量到真空能解的能量0 0：從表面態(tài)：從表面態(tài)E EF F到導(dǎo)帶底的能量到導(dǎo)帶底的能量 硅，鍺，砷化鎵等硅，鍺，砷化鎵等 先討論

10、金屬與表面態(tài)間的平衡先討論金屬與表面態(tài)間的平衡 m ms s 電子從金屬流入半導(dǎo)體表面電子從金屬流入半導(dǎo)體表面態(tài)態(tài)金屬正，半導(dǎo)負(fù)，金屬正，半導(dǎo)負(fù)，V相應(yīng)形成點(diǎn)位差相應(yīng)形成點(diǎn)位差（金屬一邊為正）。（金屬一邊為正）。金屬為正，金屬為正，費(fèi)米能級(jí)下降費(fèi)米能級(jí)下降 整個(gè)金屬能帶下降整個(gè)金屬能帶下降q q 電子流進(jìn)表面態(tài)電子流進(jìn)表面態(tài)FE 表面態(tài)的費(fèi)米能級(jí)升高表面態(tài)的費(fèi)米能級(jí)升高 間隙間隙在在V 第第1111講講 第第4 4章章 金屬薄膜的導(dǎo)電金屬薄膜的導(dǎo)電FE 金屬金屬FE q V 0 n 型型VECEFE第第1111講講 第第4 4章章 金屬薄膜的導(dǎo)電金屬薄膜的導(dǎo)電V0mFE sm FE 原來(lái)金屬的

11、費(fèi)米能級(jí)比表面態(tài)的高（原來(lái)金屬的費(fèi)米能級(jí)比表面態(tài)的高（），），接觸后，金屬的費(fèi)米能級(jí)下降接觸后，金屬的費(fèi)米能級(jí)下降q q，表面態(tài)的費(fèi)米能，表面態(tài)的費(fèi)米能級(jí)上升級(jí)上升 從金屬費(fèi)米能級(jí)到半導(dǎo)體導(dǎo)帶的能量，即位壘為：從金屬費(fèi)米能級(jí)到半導(dǎo)體導(dǎo)帶的能量，即位壘為：在沒(méi)有表面態(tài)時(shí)，界面間距在沒(méi)有表面態(tài)時(shí)，界面間距很小，其上電位差很小，其上電位差sm VFE 在補(bǔ)償在補(bǔ)償中，中，q q為主，為主，為輔。為輔。 Fsmq VE 平衡平衡很小可忽略在有表面態(tài)時(shí)，在很小可忽略在有表面態(tài)時(shí)，在上的電位差可達(dá)上的電位差可達(dá)一伏特的數(shù)量級(jí)，此處電場(chǎng)大一伏特的數(shù)量級(jí)，此處電場(chǎng)大.第第1111講講 第第4 4章章 金屬薄膜

12、的導(dǎo)電金屬薄膜的導(dǎo)電00 MFE 這說(shuō)明金屬和表面態(tài)上單位面積的電荷多再考慮與這說(shuō)明金屬和表面態(tài)上單位面積的電荷多再考慮與半導(dǎo)體內(nèi)部取得平衡由于半導(dǎo)體內(nèi)部的半導(dǎo)體內(nèi)部取得平衡由于半導(dǎo)體內(nèi)部的E Eg g高于金屬和表高于金屬和表面態(tài)的費(fèi)米能級(jí)，電子將從半導(dǎo)體流向金屬和表面態(tài)面態(tài)的費(fèi)米能級(jí)，電子將從半導(dǎo)體流向金屬和表面態(tài)雙電層雙電層0FE在半導(dǎo)體一邊形成有一定厚度的正空間電荷區(qū)，在半導(dǎo)體一邊形成有一定厚度的正空間電荷區(qū)，在空間電荷區(qū)中的電位差（半導(dǎo)體一邊為正）在空間電荷區(qū)中的電位差（半導(dǎo)體一邊為正）使半導(dǎo)體內(nèi)的能帶連同費(fèi)米能級(jí)一起下降，最后使半導(dǎo)體內(nèi)的能帶連同費(fèi)米能級(jí)一起下降，最后使金屬表面態(tài)，半

13、導(dǎo)體三個(gè)系統(tǒng)的費(fèi)米能級(jí)都相同。使金屬表面態(tài)，半導(dǎo)體三個(gè)系統(tǒng)的費(fèi)米能級(jí)都相同。 在表面態(tài)很多，其能態(tài)密度很大的極端情況下，在表面態(tài)很多，其能態(tài)密度很大的極端情況下，不管表面態(tài)和金屬交換多少電子，表面態(tài)的不管表面態(tài)和金屬交換多少電子，表面態(tài)的E EF F都將都將變化很小，甚至認(rèn)為：變化很小，甚至認(rèn)為：第第1111講講 第第4 4章章 金屬薄膜的導(dǎo)電金屬薄膜的導(dǎo)電金屬金屬n 型型FE FECEVE0 M ms 第第1111講講 第第4 4章章 金屬薄膜的導(dǎo)電金屬薄膜的導(dǎo)電FnD E n 設(shè)設(shè)為單位面積上由金屬到表面態(tài)的電子數(shù)為單位面積上由金屬到表面態(tài)的電子數(shù)D D為表面態(tài)單位面積的態(tài)密度（單位能量）

14、為表面態(tài)單位面積的態(tài)密度（單位能量） nq 所以，金屬和表面態(tài)單位面積的電荷為所以，金屬和表面態(tài)單位面積的電荷為00rrnqE 內(nèi)內(nèi)在在內(nèi)的場(chǎng)強(qiáng)內(nèi)的場(chǎng)強(qiáng) （來(lái)源于電場(chǎng)高斯定理）（來(lái)源于電場(chǎng)高斯定理）0rnqVE d 內(nèi)內(nèi)V間的電位差間的電位差為：為：所以在所以在Fsmq VE 0smrnqnqD 由平衡條件：由平衡條件： Mm但在一般情況下，金屬的逸出功但在一般情況下，金屬的逸出功對(duì)對(duì)（勢(shì)壘高度）（勢(shì)壘高度）是有影響的，是有影響的，第第1111講講 第第4 4章章 金屬薄膜的導(dǎo)電金屬薄膜的導(dǎo)電201smrqn qD 201smrqnqD 2011FsmrnqEqDDD 200011MFmsrq

15、EqDD 該式具體說(shuō)明了勢(shì)壘高度如何隨金屬逸出功該式具體說(shuō)明了勢(shì)壘高度如何隨金屬逸出功m 而變化的。而變化的。第第1111講講 第第4 4章章 金屬薄膜的導(dǎo)電金屬薄膜的導(dǎo)電m 前面的系數(shù)是一個(gè)分?jǐn)?shù)前面的系數(shù)是一個(gè)分?jǐn)?shù)1 5.對(duì)于對(duì)于n n型硅：這個(gè)系數(shù)為型硅：這個(gè)系數(shù)為1 5.說(shuō)明勢(shì)壘高度的變化只有金屬逸出功的說(shuō)明勢(shì)壘高度的變化只有金屬逸出功的FE 實(shí)際的金屬實(shí)際的金屬半導(dǎo)體接觸一般都具有較高哦半導(dǎo)體接觸一般都具有較高哦阿德表面態(tài)高度，所以，達(dá)到平衡時(shí)，界面處阿德表面態(tài)高度，所以，達(dá)到平衡時(shí)，界面處費(fèi)米能級(jí)必然很接近原來(lái)表面態(tài)的費(fèi)米能級(jí)費(fèi)米能級(jí)必然很接近原來(lái)表面態(tài)的費(fèi)米能級(jí)FE 對(duì)于大多數(shù)的主

16、要半導(dǎo)體，對(duì)于大多數(shù)的主要半導(dǎo)體，在價(jià)帶之上約在價(jià)帶之上約1 3gE1 3處處m M m 隨隨變化的幅度要比變化的幅度要比小。小。第第1111講講 第第4 4章章 金屬薄膜的導(dǎo)電金屬薄膜的導(dǎo)電CEVE3gE金屬金屬n 型型FEsqV 3gE金屬金屬p 型型CEVEFE(a) N(a) N型半導(dǎo)體型半導(dǎo)體(b) p(b) p型半導(dǎo)體型半導(dǎo)體金屬金屬- -半導(dǎo)體接觸時(shí)的位壘半導(dǎo)體接觸時(shí)的位壘第第1111講講 第第4 4章章 金屬薄膜的導(dǎo)電金屬薄膜的導(dǎo)電1 3gEFE 由圖可知，由圖可知，處在處在圖中圖中V Vs s表示半導(dǎo)體表面相對(duì)于內(nèi)部的電勢(shì)差表示半導(dǎo)體表面相對(duì)于內(nèi)部的電勢(shì)差對(duì)于對(duì)于n n型半導(dǎo)

17、體，能帶向上彎，構(gòu)成對(duì)電子的位壘型半導(dǎo)體，能帶向上彎，構(gòu)成對(duì)電子的位壘對(duì)于對(duì)于p p型半導(dǎo)體，能帶向下彎，構(gòu)成對(duì)空穴的位壘型半導(dǎo)體，能帶向下彎，構(gòu)成對(duì)空穴的位壘 金屬與半導(dǎo)體接觸，一般都會(huì)形成位壘，金屬與半導(dǎo)體接觸，一般都會(huì)形成位壘，而構(gòu)成整流接觸而構(gòu)成整流接觸（價(jià)帶之上）的位置，（價(jià)帶之上）的位置，如果在金屬如果在金屬半導(dǎo)體接觸時(shí)，無(wú)法避免產(chǎn)生位壘，半導(dǎo)體接觸時(shí)，無(wú)法避免產(chǎn)生位壘，則可采用以下形成歐姆接觸則可采用以下形成歐姆接觸不論是不論是n n型或型或p p型半導(dǎo)體型半導(dǎo)體都將形成位壘都將形成位壘第第1111講講 第第4 4章章 金屬薄膜的導(dǎo)電金屬薄膜的導(dǎo)電 第一種方法是用在半導(dǎo)體中高濃度摻雜，以減薄位壘，第一種方法是用在半導(dǎo)體中高濃度摻雜，以減薄位壘， 加強(qiáng)隧道效應(yīng)。因?yàn)樗淼篱L(zhǎng)度就是空間電荷區(qū)的加強(qiáng)隧道效應(yīng)。因?yàn)樗淼篱L(zhǎng)度就是空間電荷區(qū)的 寬度。而后者與半導(dǎo)體摻雜濃度的平方根成反比寬度。而后者與半導(dǎo)體摻雜濃度的平方根