第七章金屬和半導體的接觸

半導體物理

第七章金屬和半導體的接觸1金屬半導體的接觸及其能級圖2金屬半導體接觸及其能級圖金屬半導體接觸整流理論少數(shù)載流子的注入和歐姆接觸小結

一、功函數(shù)金屬的功函數(shù)Wm金屬的功函數(shù)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。3半導體的功函數(shù)WsE0與費米能級之差稱為半導體的功函數(shù)。χ表示從Ec到E0的能量間隔：稱χ為電子的親和能，它表示要使半導體導帶底的電子逸出體外所需要的最小能量。Ec(EF)sEvE0χWsEn金屬半導體接觸及其能級圖金屬半導體接觸整流理論少數(shù)載流子的注入和歐姆接觸小結4式中：N型半導體P型半導體：金屬半導體接觸及其能級圖金屬半導體接觸整流理論少數(shù)載流子的注入和歐姆接觸小結EcEFEvE0χWSPEPEg5二、金屬與半導體的接觸及接觸電勢差1.阻擋層接觸設想有一塊金屬和一塊N型半導體，并假定金屬的功函數(shù)大于半導體的功函數(shù)，即：金屬半導體接觸及其能級圖金屬半導體接觸整流理論少數(shù)載流子的注入和歐姆接觸小結接觸前：E0xWsEFsEcEnWmEFmEv6金屬半導體接觸及其能級圖金屬半導體接觸整流理論少數(shù)載流子的注入和歐姆接觸小結半導體中的電子\半導體電勢提高！q（Vs’-Vm）=Wm-Ws金屬—+Vms稱為金屬與半導體接觸電勢差。接觸后：E0xWsEFsEcEnWmEFmEvVms7金屬半導體接觸及其能級圖金屬半導體接觸整流理論少數(shù)載流子的注入和歐姆接觸小結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：Vs為半導體的表面勢<0(表面電勢減內部電勢)金屬一邊的勢壘高度為：EcEFEnqVdEv8金屬半導體接觸及其能級圖金屬半導體接觸整流理論少數(shù)載流子的注入和歐姆接觸小結金屬與N型半導體接觸時，若Wm>Ws，半導體表面形成表面勢壘。在勢壘區(qū)，空間電荷主要由電離施主形成，電子濃度比體內小得多，是一個高阻區(qū)域，稱為阻擋層。界面處的勢壘通常稱為肖特基勢壘。EcEFEnqVdEv9金屬半導體接觸及其能級圖金屬半導體接觸整流理論少數(shù)載流子的注入和歐姆接觸小結2.反阻擋層接觸若Wm<Ws，金屬與N型半導體接觸時，電子將從金屬流向半導體，在半導體表面形成負的空間電荷區(qū)，電場方向由表面指向體內，Vs>0，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。EcEFWs-WmEvx-Wm10金屬半導體接觸及其能級圖金屬半導體接觸整流理論少數(shù)載流子的注入和歐姆接觸小結金屬與P型半導體接觸時，若Wm<Ws，形成空穴的表面勢壘。在勢壘區(qū)，空間電荷主要由電離受主形成，空穴濃度比體內小得多，也是一個高阻區(qū)域，形成P型阻擋層。金屬與P型半導體接觸時，若Wm>Ws，能帶向上彎曲，形成P型反阻擋層。上述金半接觸模型即為Schottky模型。N型P型Wm>Ws阻擋層反阻擋層Wm<Ws反阻擋層阻擋層11金屬半導體接觸及其能級圖金屬半導體接觸整流理論少數(shù)載流子的注入和歐姆接觸小結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12金屬半導體接觸及其能級圖金屬半導體接觸整流理論歐姆接觸小結金屬半導體接觸整流理論13金屬半導體接觸及其能級圖金屬半導體接觸整流理論歐姆接觸小結金屬半導體接觸整流理論14肖特基勢壘二極管總結：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。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：利用金屬--半導體整流接觸特性制成的二極管。特點：肖特基二極管是一種多數(shù)載流子器件，即形成電流的載流子主要是多數(shù)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。金屬半導體接觸及其能級圖金屬半導體接觸整流理論歐姆接觸小結15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：利用隧道效應的原理重摻雜的p–n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歐姆接觸。金屬半導體接觸及其能級圖金屬半導體接觸整流理論歐姆接觸小結歐姆接觸16歐姆接觸金屬半導體接觸及其能級圖金屬半導體接觸整流理論歐姆接觸小結17歐姆接觸金屬半導體接觸及其能級圖金屬半導體接觸整流理論歐姆接觸小結18總結：金屬和半導體的功函數(shù)，電子的親和能，N型P型