高二物理競賽金屬半導(dǎo)體接觸及其能帶圖課件

第七章

金屬和半導(dǎo)體的接觸

Metal-SemiconductorContact1、

金屬半導(dǎo)體接觸及其能帶圖一、金屬和半導(dǎo)體的功函數(shù)Wm、Ws1.金屬的功函數(shù)Wm

電子由金屬內(nèi)部逸出到表面外的真空中所需要的最小能量。E0(EF)mWmE0為真空中電子的能量，又稱為真空能級。

金屬銫Cs的功函數(shù)最低1.93eV，Pt最高為5.36eV2.半導(dǎo)體的功函數(shù)Ws

E0與費米能級之差稱為半導(dǎo)體的功函數(shù)。Ec到E0的能量間隔：稱χ為電子的親和能，它表示要使半導(dǎo)體導(dǎo)帶底的電子逸出體外所需要的最小能量。Ec(EF)sEvE0χWsEn①N型半導(dǎo)體：式中：②P型半導(dǎo)體：式中：Note:半導(dǎo)體的費米能級隨雜質(zhì)濃度變化，所以，

Ws也和雜質(zhì)濃度有關(guān)。二、金屬與半導(dǎo)體的接觸及接觸電勢差1.阻擋層接觸設(shè)想有一塊金屬和一塊N型半導(dǎo)體，并假定金屬的功函數(shù)大于半導(dǎo)體的功函數(shù)，即：（1）即半導(dǎo)體的費米能EFs高于金屬的費米能EFm金屬的傳導(dǎo)電子的濃度很高，1022～1023cm-3半導(dǎo)體載流子的濃度比較低，1010～1019cm-3金屬n半導(dǎo)體E0xWsEFsEcEnWmEFmEv金屬半導(dǎo)體接觸前后能帶圖的變化：WmEFmWsE0EcEFsEv接觸前

接觸前，半導(dǎo)體的費米能級高于金屬（相對于真空能級），半導(dǎo)體導(dǎo)帶的電子有向金屬流動的趨勢接觸時(導(dǎo)線連接)，費米能級一致，在兩類材料的表面形成電勢差Vms。接觸電勢差：E0χWsEFsEcEnWmEFmEv-qVmsE0χWsEFsEcEnWmEFmEv-qVms=0E0χWsEFsEcEnWmEFmEv-qVms=qVDE0χWsEFsEcEnWmEFmEv-qVmsE0χWsEFsEcEnWmEFmEv-qVms=0qVDN型電子阻擋層的形成過程：緊密接觸時，形成空間電荷區(qū)，接觸電勢差降落在空間電荷區(qū):半導(dǎo)體一邊的勢壘高度為：金屬一邊的勢壘高度為：半導(dǎo)體體內(nèi)電場為零，在空間電荷區(qū)電場方向由內(nèi)向外，半導(dǎo)體表面勢Vs＜0金屬一邊的勢壘高度為：VsEFEvqVDEc內(nèi)建EχWmE0在勢壘區(qū)，空間電荷主要由電離施主形成，電子濃度比體內(nèi)小得多，是一個高阻區(qū)域，稱為阻擋層。電子必須跨越的界面處勢壘通常稱為肖特基勢壘（Schottkybarrier)金屬與N型半導(dǎo)體接觸時，若Wm>Ws，電子向金屬流動，穩(wěn)定時系統(tǒng)費米能級統(tǒng)一，在半導(dǎo)體表面一層形成正的空間電荷區(qū)，能帶向上彎曲，形成電子的表面勢壘。EcEFEnqVdEv金屬和p型半導(dǎo)體Wm<Ws

空穴阻擋層EFmEFsWsWmEvEcE0電場EEcEFEvxdqVd接觸后空穴向下能量增加，在P型半導(dǎo)體多子是空穴，半導(dǎo)體多子流向金屬后，留下帶負電的電離受主雜質(zhì)，即空間電荷區(qū)，能帶向下彎曲。（2）金屬－p型半導(dǎo)體接觸的阻擋層勢壘高度（3）金屬－半導(dǎo)體接觸的阻擋層阻擋層，在半導(dǎo)體的勢壘區(qū)形成的空間電荷區(qū)，它主要由正的電離施主或負的電離受主形成，其多子濃度比