半導體物理第七章總結復習_北郵

1、第七章一、基本概念1.半導體功函數: 半導體的費米能級EF與真空中靜止電子的能量E0的能量之差。 金屬功函數：金屬的費米能級EF與真空中靜止電子的能量E0的能量之差2.電子親和能: 要使半導體導帶底的電子逸出體外所需的最小能量。3. 金屬-半導體功函數差o: (EF)s-(EF)m=Wm-Ws 4. 半導體與金屬平衡接觸平衡電勢差: 5.半導體表面空間電荷區(qū) : 由于半導體中自由電荷密度的限制，正電荷分布在表面相當厚的一層表面層內，即空間電荷區(qū)。表面空間電荷區(qū)=阻擋層=勢壘層 6.電子阻擋層：金屬功函數大于N型半導體功函數（Wm>Ws）的MS接觸中，電子從半導體表面逸出到金屬，分布在金屬

2、表層，金屬表面帶負電。半導體表面出現(xiàn)電離施主，分布在一定厚度表面層內，半導體表面帶正電。電場從半導體指向金屬。取半導體內電位為參考，從半導體內到表面，能帶向上彎曲，即形成表面勢壘，在勢壘區(qū)，空間電荷主要有帶正電的施主離子組成，電子濃度比體內小得多，因此是是一個高阻區(qū)域，稱為阻擋層。 【電子從功函數小的地方流向功函數大的地方】7.電子反阻擋層：金屬功函數小于N型半導體功函數（Wm<Ws）的MS接觸,電子從金屬流向半導體,半導體表面帶負電,金屬表面帶正電,電場方向指向半導體。從半導體內到表面，能帶下彎曲，半導體表面電子濃度比體內高（N型反阻擋層）。8.半導體表面勢壘(肖特基勢壘)高度: 9.

3、表面勢壘寬度：10.半導體表面勢: 取半導體體內為參考電位，半導體表面的勢能Vs。11 .表面態(tài): 在半導體表面處的禁帶中存在著表面態(tài)，對應的能級稱為表面能級。 表面態(tài)一般分為施主型和受主型兩種。若能級被電子占據時呈中性，施放電子后呈正電性，成為施主型表面態(tài)；若能級空著的時候為電中性，接收電子后帶負電，則成為受主型表面態(tài)。一般表面處存在一個距離價帶頂為qf的能級，電子剛好填滿該能級以下所有表面態(tài)時呈電中性。 電子填充了該能級以上部分則表面帶負電，電子未填充滿該能級以下的所有能級則表面帶正電。12.釘扎效應: 若表面態(tài)密度高，金屬半導體接觸時，電子充入或放出表面態(tài)，半導體表面形成與體內符號相反的

4、電荷、形成高度為2/3半導體禁帶寬度的表面勢壘，費米能級釘住在表面中性能級上。 半導體電子逸出到金屬的勢壘高度基本不變，與半導體摻雜濃度、金屬功函數無關，只與表面中性能級位置有關。功函數差產生的接觸電勢差大部分降落在金屬表面與半導體表面之間，少部分降落在半導體表面勢壘區(qū)。13.施主型表面態(tài): 電子占據時為電中性、無電子時帶正電的表面態(tài)為施主型表面態(tài)。 14.受主型表面態(tài): 無電子時為電中性，有電子時帶負電的表面態(tài)為受主型表面態(tài)。15.表面中性能級: 價帶頂以上約1/3禁帶寬度處的能級是表面中性能級。16.表面態(tài)密度： 17.理想歐姆接觸: 非整流接觸，不產生明顯阻抗，不使半導體平衡載流子濃度發(fā)

5、生顯著改變，線性對稱電流-電壓關系。18.接觸電阻: 19.高低結: N+N 結或 P+P 結, 內建電場從高雜質濃度區(qū)指向低雜質濃度區(qū)。20.肖特基勢壘二極管: 特點： <1>正向電流由半導體多子注入金屬形成，注入電子在金屬中不積累，直接漂移流走，高頻特性好；<2>正向導通電壓0.3V左右，比PN結二極管低；<3>制作工藝簡單；<4>制作MS結構后，不能有高于金屬-半導體合金溫度的工藝；21.MS肖特基模型: 當金屬和半導體接觸時，不考慮接觸界面狀態(tài)的影響，電子從功函數較小材料逸出到功函數較大材料，接觸面附近兩種材料表面狀態(tài)變化，產生阻止半導體

6、多子繼續(xù)轉移的接觸電勢差，當功函數差引起的電子轉移和接觸電勢差阻止轉移達到平衡時，金屬和半導體的費米能級相等，形成穩(wěn)定的MS接觸勢壘。 22.MS巴丁模型: <1>表面態(tài)在禁帶中準連續(xù)分布；<2>價帶頂以上約1/3禁帶寬度處的能級是表面中性能級。<3>平衡過程中，表面中性能級高于體費米能級時，表面態(tài)放出電子帶正電，表面附近體內帶負電，能帶下彎曲；表面中性能級低于體費米能級時，電子充入表面態(tài)帶負電，表面附近體內帶正電，能帶上彎曲；<4>若表面態(tài)密度很高，體費米能級被“釘住”在表面中性能級，表面中性能級始終等于體費米能級。 二、圖像1.金屬-N型半導

7、體接觸形成電子阻擋層情況下的能帶圖 2.金屬-N型半導體接觸形成電子反阻擋層情況下的能帶圖 3.正向偏壓下，金屬/N型半導體接觸能帶圖表示 4.金屬與半導體歐姆接觸的基本結構示意圖 三、論述題1.擴散理論模型對肖特基勢壘二極管電流-電壓關系的解釋 答：擴散理論在計算肖特基勢壘二極管的IV特性時，以“厚勢壘層”方式進行，即根據電流密度的連續(xù)性，計算通過勢壘區(qū)任意點的電流密度，該電流密度包括擴散和漂移，通過對整個勢壘區(qū)積分，將外加偏壓的作用考慮在電流中（勢壘區(qū)厚度時外加偏壓的函數），從而得到IV特性。擴散理論：半導體表面與金屬自由交換電子，即使在外加電壓下，半導體表面電子濃度始終等于表面平衡電子濃

8、度，電流主要由因子exp(qV/k0T)-1決定。擴散理論適合阻擋層寬度遠大于載流子平均自由程（半導體雜質濃度很低）的情況2.熱電子發(fā)射理論模型對肖特基勢壘二極管電流-電壓關系的解釋 答：熱電子發(fā)射理論在計算肖特基勢壘二極管的IV特性時，以“薄勢壘層”方式進行，通過計算垂直于MS接觸面、能量高于半導體勢壘頂點的電子濃度（這部分濃度與外加偏壓有關）得到電流密度與偏壓的關系。熱電子發(fā)射理論：金屬電子進入半導體的勢壘高度不隨外加電壓變化，其電子電流密度等于不加電壓時從半導體到金屬的電子電流密度（方向相反），流過MS接觸的熱電子發(fā)射總電流密度，與外加電壓無關，強烈依賴溫度。熱電子發(fā)射理論適合阻擋層寬度

9、遠小于載流子平均自由程（半導體雜質濃度很高）的情況?！綧S肖特基勢壘二極管兩種理論的推導不必掌握其每個步驟，只要求掌握方法】3.形成金屬與半導體歐姆接觸的基本原理和手段 答: 重摻雜的pn結可以產生顯著的隧道電流。金屬和半導體接觸時，如果半導體摻雜濃度很高，則勢壘區(qū)寬度變得很薄，電子也要通過隧道效應貫穿勢壘產生相當大的隧道電流，甚至超過熱電子發(fā)射電流而成為電流的主要成分。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。4.肖特基勢壘二極管的主要特點 答：特點： <1>正向電流由半導體多子注入金屬形成，注入電子在金屬中 不積累，直接漂移流走，高頻特性好；<2>正向導通電壓0.3V左右，比PN結二極管低；<3>制作工藝簡單；<4>制作MS結構后，不