第七章金屬和半導體的接觸

1、電子工程系電子工程系EEEE半導體物理半導體物理第七章第七章 金屬和半導體的接觸金屬和半導體的接觸1電子工程系電子工程系EEEE金屬半導體的接觸及其能級圖金屬半導體的接觸及其能級圖2&金屬半導金屬半導體接觸及體接觸及其能級圖其能級圖&金屬半導體金屬半導體接觸整流理接觸整流理論論&少數載流子少數載流子的注入和歐的注入和歐姆接觸姆接觸&小結小結 一、功函數一、功函數金屬的功函數金屬的功函數WWm m金屬的功函數表示一個起始能量等于費米能級金屬的功函數表示一個起始能量等于費米能級的電子，由金屬內部逸出到表面外的真空中所的電子，由金屬內部逸出到表面外的真空中所需要的最小能量。需要的最小能量。E0(EF

2、)mWm0()mFmWEEE E0 0為真空中電子的為真空中電子的能量，又稱為真空能量，又稱為真空能級。能級。電子工程系電子工程系EEEE3半導體的功函數半導體的功函數WWs sE E0 0與費米能級之差稱為半導體的功函數。與費米能級之差稱為半導體的功函數。0()sFsWEE 表示從表示從E Ec c到到E E0 0的能量間隔：的能量間隔：0cEE稱稱 為為電子的親和能電子的親和能，它表示要使半導體導它表示要使半導體導帶底的電子逸出體外帶底的電子逸出體外所需要的最小能量。所需要的最小能量。Ec(EF)sEvE0WsEn&金屬半導金屬半導體接觸及體接觸及其能級圖其能級圖&金屬半導體金屬半導體接觸

3、整流理接觸整流理論論&少數載流子少數載流子的注入和歐的注入和歐姆接觸姆接觸&小結小結電子工程系電子工程系EEEE4scFnsWEEE式中：式中：()ncFsEEEN N型半導體型半導體P P型半導體：型半導體：()pFsvEEE()soFsgpWEEEE&金屬半導金屬半導體接觸及體接觸及其能級圖其能級圖&金屬半導體金屬半導體接觸整流理接觸整流理論論&少數載流子少數載流子的注入和歐的注入和歐姆接觸姆接觸&小結小結EcEFEvE0WSPEPEg電子工程系電子工程系EEEE5msWW二、金屬與半導體的接觸及接觸電勢差二、金屬與半導體的接觸及接觸電勢差1. 1. 阻擋層接觸阻擋層接觸設想有一塊金屬和一

4、塊設想有一塊金屬和一塊N N型半導體，并假定金屬的功型半導體，并假定金屬的功函數大于半導體的功函數，即：函數大于半導體的功函數，即：&金屬半導金屬半導體接觸及體接觸及其能級圖其能級圖&金屬半導體金屬半導體接觸整流理接觸整流理論論&少數載流子少數載流子的注入和歐的注入和歐姆接觸姆接觸&小結小結接觸前：接觸前：FFsmEEFFmssmEEWWE0 xWsEFsEcEnWmEFmEv電子工程系電子工程系EEEE6&金屬半導金屬半導體接觸及體接觸及其能級圖其能級圖&金屬半導體金屬半導體接觸整流理接觸整流理論論&少數載流子少數載流子的注入和歐的注入和歐姆接觸姆接觸&小結小結半導體中的電子半導體中的電子

5、半導體電勢提高！半導體電勢提高！q q（VsVs-Vm-Vm）=Wm-Ws=Wm-Ws金屬金屬+ +smmsmsWWVVVqV Vmsms稱為金屬與半導體稱為金屬與半導體接觸電勢差接觸電勢差。接觸后：接觸后：E0 xWsEFsEcEnWmEFmEvVms電子工程系電子工程系EEEE7&金屬半導金屬半導體接觸及體接觸及其能級圖其能級圖&金屬半導體金屬半導體接觸整流理接觸整流理論論&少數載流子少數載流子的注入和歐的注入和歐姆接觸姆接觸&小結小結忽略間隙中的電勢差時的極限情形忽略間隙中的電勢差時的極限情形半導體一邊的勢壘高度為：半導體一邊的勢壘高度為：VsVs為半導體的表面勢為半導體的表面勢0(WW

6、s s，半導體，半導體表面形成表面勢壘。在表面形成表面勢壘。在勢壘區(qū)，空間電荷主要勢壘區(qū)，空間電荷主要由電離施主形成，電子由電離施主形成，電子濃度比體內小得多，是濃度比體內小得多，是一個高阻區(qū)域，稱為一個高阻區(qū)域，稱為阻阻擋層擋層。界面處的勢壘通。界面處的勢壘通常稱為常稱為肖特基勢壘肖特基勢壘。EcEFEnqVdnsqEv電子工程系電子工程系EEEE9&金屬半導金屬半導體接觸及體接觸及其能級圖其能級圖&金屬半導體金屬半導體接觸整流理接觸整流理論論&少數載流子少數載流子的注入和歐的注入和歐姆接觸姆接觸&小結小結2. 2. 反阻擋層接觸反阻擋層接觸若若WWm mW00， 能帶向下彎曲。這里電子濃度

7、比體內大得多，能帶向下彎曲。這里電子濃度比體內大得多， 因而是一個高電導的區(qū)域，稱之為反阻擋層。因而是一個高電導的區(qū)域，稱之為反阻擋層。EcEFWs-WmEvx-Wm電子工程系電子工程系EEEE10&金屬半導金屬半導體接觸及體接觸及其能級圖其能級圖&金屬半導體金屬半導體接觸整流理接觸整流理論論&少數載流子少數載流子的注入和歐的注入和歐姆接觸姆接觸&小結小結金屬與金屬與P P型半導體接觸時，若型半導體接觸時，若WWm mWWWs s，能帶向，能帶向上彎曲，形成上彎曲，形成P P型反阻擋層。型反阻擋層。上述金半接觸模型即為上述金半接觸模型即為Schottky Schottky 模型。模型。N N型

8、型P P型型WmWs阻擋層阻擋層反阻擋層反阻擋層WmWs反阻擋層反阻擋層阻擋層阻擋層電子工程系電子工程系EEEE11&金屬半導體金屬半導體接觸及其能接觸及其能級圖級圖&金屬半導金屬半導體接觸整體接觸整流理論流理論&少數載流子少數載流子的注入和歐的注入和歐姆接觸姆接觸&小結小結金屬半導體接觸整流理論金屬半導體接觸整流理論1、阻擋層的整流特性外加電壓對阻擋層的作用電子工程系電子工程系EEEE12&金屬半導體金屬半導體接觸及其能接觸及其能級圖級圖&金屬半導金屬半導體接觸整體接觸整流理論流理論&歐姆接觸歐姆接觸&小結小結金屬半導體接觸整流理論金屬半導體接觸整流理論電子工程系電子工程系EEEE13&金屬

9、半導體金屬半導體接觸及其能接觸及其能級圖級圖&金屬半導金屬半導體接觸整體接觸整流理論流理論&歐姆接觸歐姆接觸&小結小結金屬半導體接觸整流理論金屬半導體接觸整流理論電子工程系電子工程系EEEE14肖特基勢壘二極管肖特基勢壘二極管總結：總結：p金屬和低摻雜的半導體形成的接觸具有整流特性。在不考慮表面態(tài)時稱為肖特基接觸或肖特基模型，形成的勢壘稱為肖特基勢壘。p肖特基勢壘的整流特性采用了擴散理論和熱電子發(fā)射理論，后者適用于載流子遷移率大的材料，如硅、鍺、砷化鎵等，而前者適用于遷移率小的材料，例如碳化硅、銻化鋅等材料。肖特基勢壘二極管：肖特基勢壘二極管：利用金屬-半導體整流接觸特性制成的二極管。特點：特

10、點：肖特基二極管是一種多數載流子器件多數載流子器件，即形成電流的載流子主要是多數載流子。故比pn結二極管有更好的高頻特性。對于同樣的電流，有較低的正向導通電壓，0.3V。&金屬半導體金屬半導體接觸及其能接觸及其能級圖級圖&金屬半導金屬半導體接觸整體接觸整流理論流理論&歐姆接觸歐姆接觸&小結小結電子工程系電子工程系EEEE15歐姆接觸：歐姆接觸：金屬與半導體接觸時形成的非整流接觸 不產生明顯的附加阻抗 不會使半導體內部的平衡載流子濃度發(fā)生顯著的變化 不影響器件的電流電壓特性理想歐姆接觸的接觸電阻與半導體樣品或器件相比應當很小。半導體器件要求在金屬和半導體之間形成良好的歐姆半導體器件要求在金屬和半

11、導體之間形成良好的歐姆接觸。接觸。在超高頻和大功率器件中，歐姆接觸是設計和制造中的關鍵問題之一。實現(xiàn)歐姆接觸的方法：實現(xiàn)歐姆接觸的方法：利用隧道效應的原理重摻雜重摻雜的pn結可以產生顯著的隧道電流。當隧道電流占主導地位時，它的接觸電阻可以很小，可以用作歐姆接觸。半導體重摻雜時與金屬的接觸可以形成接近理想的半導體重摻雜時與金屬的接觸可以形成接近理想的歐姆接觸歐姆接觸。&金屬半導體金屬半導體接觸及其能接觸及其能級圖級圖&金屬半導體金屬半導體接觸整流理接觸整流理論論&歐姆接觸歐姆接觸&小結小結歐姆接觸歐姆接觸電子工程系電子工程系EEEE16歐姆接觸歐姆接觸&金屬半導體金屬半導體接觸及其能接觸及其能級

12、圖級圖&金屬半導體金屬半導體接觸整流理接觸整流理論論&歐姆接觸歐姆接觸&小結小結電子工程系電子工程系EEEE17歐姆接觸歐姆接觸&金屬半導體金屬半導體接觸及其能接觸及其能級圖級圖&金屬半導體金屬半導體接觸整流理接觸整流理論論&歐姆接觸歐姆接觸&小結小結電子工程系電子工程系EEEE18總結：總結：p金屬和半導體的功函數，電子的親和能，金屬和半導體的功函數，電子的親和能，N N型型P P型型半導體的功函數表達式，金屬與半導體接觸電勢差，半導體的功函數表達式，金屬與半導體接觸電勢差，阻擋層接觸，反阻擋層接觸阻擋層接觸，反阻擋層接觸p阻擋層的整流特性（外加電壓對阻擋層的作用）阻擋層的整流特性（外加電壓對阻擋