金屬半導(dǎo)體與半導(dǎo)體異質(zhì)接面

金屬半導(dǎo)體接面金屬半導(dǎo)體接面之前所提之pn接面為相同材料，只是摻雜種類(lèi)不同的半導(dǎo)體相接。金屬半導(dǎo)體接面：可分為有整流作用的蕭特基位障（Schottkybarrier）以及非整流特性的歐姆接面(Ohmiccontact)。能帶關(guān)係（以n型半導(dǎo)體為例，假設(shè)

m>

s）功函數(shù)電子親和力相接時(shí)費(fèi)米能階要相等，而且真空能階要連續(xù)。以金屬與n型半導(dǎo)體為例：電子由半導(dǎo)體流向金屬，半導(dǎo)體區(qū)留下正的施體離子，形成空乏區(qū)。真空能階：參考能階。m：金屬的功函數(shù)。s：半導(dǎo)體的功函數(shù)。：半導(dǎo)體的電子親和力能帶關(guān)係（假設(shè)

m>

s）從金屬層往半導(dǎo)體看之位障為：Bn又稱(chēng)為蕭特基位障從半導(dǎo)體層往金屬看之位障為Vbi由圖可看出，Vbi

=Bn

-

Vn能帶關(guān)係（續(xù)）順向偏壓下，由金屬

至半導(dǎo)體之位障不變，但是由半導(dǎo)體至金屬

的位障減少；反之，逆向偏壓下，由金屬

至半導(dǎo)體之位障不變，但是由半導(dǎo)體至金屬

的位障增加。熱平衡狀態(tài)順向偏壓逆向偏壓(+)(-)(-)(+)蕭特基接面分析利用電荷分佈關(guān)係（對(duì)x積分），可求得電場(chǎng)分佈：其中順向?yàn)檎?，逆向?yàn)樨?fù)可再求得內(nèi)建電位之關(guān)係：接面電容空乏區(qū)之空間電荷面密度為：?jiǎn)挝幻娣e空乏區(qū)電容為：整理可得接面電容（續(xù)）以1/c2對(duì)偏壓作圖，為一斜直線(xiàn)，由斜率可求得摻雜濃度：另由截距可求出Vbi能帶關(guān)係(續(xù))對(duì)金屬與p型半導(dǎo)體接面而言，蕭特基位障為：實(shí)際之位障與理想公式預(yù)測(cè)略有不同，主要因?yàn)閷?shí)際之半導(dǎo)體有表面態(tài)階，會(huì)影響位障高度。一般說(shuō)來(lái)，對(duì)矽與砷化鎵而言，BpBn的預(yù)測(cè)比實(shí)際低；的預(yù)測(cè)比實(shí)際高。界面態(tài)階對(duì)位障之影響假設(shè)金屬與半導(dǎo)體接面中間有一層很薄的氧化層，電子仍能穿透。：因界面氧化層產(chǎn)生的位能差假設(shè)在

0（表面電位）以上之界面態(tài)階為施體態(tài)階（即填有電子時(shí)為中性，空的時(shí)候帶有正電荷），以下為受體態(tài)階（即空的態(tài)階為中性，填滿(mǎn)電子時(shí)帶有負(fù)電荷）。donor

statesacceptor

states界面態(tài)階對(duì)位障之影響（續(xù)）情況二：

Dit

0，可得…….理想表示式假設(shè)界面態(tài)階界面態(tài)階密度為定值，為Dit(states/cm2-eV)：考慮兩個(gè)特殊狀況：情況一：Dit

，可得此時(shí)之位障只與能隙、表面電位有關(guān)，與金屬功函數(shù)、半導(dǎo)體的電子親和力無(wú)關(guān)。而費(fèi)米能階變成在表面電位處，好像被釘住。Dit無(wú)法精確預(yù)測(cè)，故蕭特基位障高需由實(shí)驗(yàn)決定。7.1.2

The

Schottky

Barrier電流電壓關(guān)係主要由於多數(shù)載子，和pn接面不同。主要傳導(dǎo)機(jī)構(gòu)為熱離子發(fā)射—半導(dǎo)體中之電子越過(guò)位障而達(dá)到金屬。熱平衡狀態(tài)下，由金屬流向半導(dǎo)體的電子電流和由半導(dǎo)體流向金屬的電子電流相等，故淨(jìng)電流為零。電流電壓關(guān)係（續(xù)）順向偏壓下，由金屬流向半導(dǎo)體的電子電流不變，但是由半導(dǎo)體流向金屬的電子電流因位障降低而增加，故有淨(jìng)電流。逆向偏壓下，由金屬流向半導(dǎo)體的電子電流不變，但是由半導(dǎo)體流向金屬的電子電流因位障增加而降低，只剩少許淨(jìng)電流。電流電壓關(guān)係（續(xù)）熱平衡狀態(tài)下，電子濃度為：：表面之Ec與EF的距離電子電流正比於表面電子濃度故順向偏壓下，電子濃度為故順向偏壓下的淨(jìng)電流為：此式逆向偏壓也可使用，將VF改為-VR即可。電流電壓關(guān)係（續(xù)）其中A＊稱(chēng)為有效Richardson常數(shù)（A/K2-cm2），與有效質(zhì)量有關(guān)，因?yàn)榭僧a(chǎn)

生熱離子放射的電子濃度在計(jì)算時(shí)會(huì)用到gc(E)(傳導(dǎo)帶狀態(tài)密度)，故與m*有關(guān)。其中飽和電流密度（順向偏壓時(shí)為正逆向偏壓時(shí)為負(fù)）n型矽為110，p型矽為32；

n型砷化鎵為8，p型砷化鎵為74。熱離子發(fā)射下，電子淨(jìng)電流可表示為電流電壓關(guān)係（續(xù)）主要因半導(dǎo)體的有效質(zhì)量不同所造成少數(shù)載子會(huì)由金屬注入，產(chǎn)生的電流為：與p+n接面的擴(kuò)散電流相同其中在正常操作下少數(shù)載子的貢獻(xiàn)遠(yuǎn)小於多數(shù)載子所貢獻(xiàn)的電流。（這稱(chēng)為單極性元件）蕭特基接面二極體與pn二極體的比較電流產(chǎn)生機(jī)制不同：蕭特基接面二極體為多數(shù)載子熱離子放射pn接面二極體為少數(shù)載子擴(kuò)散結(jié)果：蕭特基接面二極體的飽和電流Js要大得多，起使電壓也較大。頻率響應(yīng)不同：蕭特基接面二極體為多數(shù)載子元

件，在順向偏壓下沒(méi)有擴(kuò)散電容，在逆向偏壓下，也沒(méi)有少數(shù)載子

儲(chǔ)存電荷需要移除，所以切換速

度快，適用於高頻元件。7.1.3

The

Ohmic

Contact歐姆接面此種金屬半導(dǎo)體接面雙向皆可導(dǎo)通，且其接觸電阻遠(yuǎn)小於半導(dǎo)體的串聯(lián)電阻，當(dāng)電流通過(guò)時(shí)，其壓降可忽略。有兩種方式可形成：半導(dǎo)體為低濃度摻雜時(shí)………以n型半導(dǎo)體為例，使用

m

<的金屬材料；以p型半導(dǎo)體為s例，使用

m

>

s的金屬材料，降低位障。半導(dǎo)體為高濃度摻雜時(shí)………減少位障寬度，產(chǎn)生穿透效應(yīng)。EF更靠近Ec，電子濃度更增加。小大歐姆接面的能帶圖（m<

s

）金屬與p型半導(dǎo)體相接（

m

>

s

）EF更靠近Ev，電洞濃度更增加。＋＋金屬接正：電子像溜滑梯由半導(dǎo)體流向金屬。半導(dǎo)體接