第七章金屬和半導(dǎo)體的接觸

半導(dǎo)體物理

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

一、功函數(shù)金屬的功函數(shù)Wm金屬的功函數(shù)表示一個(gè)起始能量等于費(fèi)米能級(jí)的電子，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(jí)。3半導(dǎo)體的功函數(shù)WsE0與費(fèi)米能級(jí)之差稱為半導(dǎo)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(dǎo)體導(dǎo)帶底的電子逸出體外所需要的最小能量。Ec(EF)sEvE0χWsEn金屬半導(dǎo)體接觸及其能級(jí)圖金屬半導(dǎo)體接觸整流理論少數(shù)載流子的注入和歐姆接觸小結(jié)4式中：N型半導(dǎo)體P型半導(dǎo)體：金屬半導(dǎo)體接觸及其能級(jí)圖金屬半導(dǎo)體接觸整流理論少數(shù)載流子的注入和歐姆接觸小結(jié)EcEFEvE0χWSPEPEg5二、金屬與半導(dǎo)體的接觸及接觸電勢(shì)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：金屬半導(dǎo)體接觸及其能級(jí)圖金屬半導(dǎo)體接觸整流理論少數(shù)載流子的注入和歐姆接觸小結(jié)接觸前：E0xWsEFsEcEnWmEFmEv6金屬半導(dǎo)體接觸及其能級(jí)圖金屬半導(dǎo)體接觸整流理論少數(shù)載流子的注入和歐姆接觸小結(jié)半導(dǎo)體中的電子\半導(dǎo)體電勢(shì)提高！q（Vs’-Vm）=Wm-Ws金屬—+Vms稱為金屬與半導(dǎo)體接觸電勢(shì)差。接觸后：E0xWsEFsEcEnWmEFmEvVms7金屬半導(dǎo)體接觸及其能級(jí)圖金屬半導(dǎo)體接觸整流理論少數(shù)載流子的注入和歐姆接觸小結(jié)忽略間隙中的電勢(shì)差時(shí)的極限情形半導(dǎo)體一邊的勢(shì)壘高度為：Vs為半導(dǎo)體的表面勢(shì)<0(表面電勢(shì)減內(nèi)部電勢(shì))金屬一邊的勢(shì)壘高度為：EcEFEnqVdEv8金屬半導(dǎo)體接觸及其能級(jí)圖金屬半導(dǎo)體接觸整流理論少數(shù)載流子的注入和歐姆接觸小結(jié)金屬與N型半導(dǎo)體接觸時(shí)，若Wm>Ws，半導(dǎo)體表面形成表面勢(shì)壘。在勢(shì)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(gè)高阻區(qū)域，稱為阻擋層。界面處的勢(shì)壘通常稱為肖特基勢(shì)壘。EcEFEnqVdEv9金屬半導(dǎo)體接觸及其能級(jí)圖金屬半導(dǎo)體接觸整流理論少數(shù)載流子的注入和歐姆接觸小結(jié)2.反阻擋層接觸若Wm<Ws，金屬與N型半導(dǎo)體接觸時(shí)，電子將從金屬流向半導(dǎo)體，在半導(dǎo)體表面形成負(fù)的空間電荷區(qū)，電場(chǎng)方向由表面指向體內(nèi)，Vs>0，能帶向下彎曲。這里電子濃度比體內(nèi)大得多，因而是一個(gè)高電導(dǎo)的區(qū)域，稱之為反阻擋層。EcEFWs-WmEvx-Wm10金屬半導(dǎo)體接觸及其能級(jí)圖金屬半導(dǎo)體接觸整流理論少數(shù)載流子的注入和歐姆接觸小結(jié)金屬與P型半導(dǎo)體接觸時(shí)，若Wm<Ws，形成空穴的表面勢(shì)壘。在勢(shì)壘區(qū)，空間電荷主要由電離受主形成，空穴濃度比體內(nèi)小得多，也是一個(gè)高阻區(qū)域，形成P型阻擋層。金屬與P型半導(dǎo)體接觸時(shí)，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(dǎo)體接觸及其能級(jí)圖金屬半導(dǎo)體接觸整流理論少數(shù)載流子的注入和歐姆接觸小結(jié)金屬半導(dǎo)體接觸整流理論1、阻擋層的整流特性——外加電壓對(duì)阻擋層的作用12金屬半導(dǎo)體接觸及其能級(jí)圖金屬半導(dǎo)體接觸整流理論歐姆接觸小結(jié)金屬半導(dǎo)體接觸整流理論13金屬半導(dǎo)體接觸及其能級(jí)圖金屬半導(dǎo)體接觸整流理論歐姆接觸小結(jié)金屬半導(dǎo)體接觸整流理論14肖特基勢(shì)壘二極管總結(jié)：金屬和低摻雜的半導(dǎo)體形成的接觸具有整流特性。在不考慮表面態(tài)時(shí)稱為肖特基接觸或肖特基模型，形成的勢(shì)壘稱為肖特基勢(shì)壘。肖特基勢(shì)壘的整流特性采用了擴(kuò)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(shì)壘二極管：利用金屬--半導(dǎo)體整流接觸特性制成的二極管。特點(diǎn)：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(jié)二極管有更好的高頻特性。對(duì)于同樣的電流，有較低的正向?qū)妷海瑍0.3V。金屬半導(dǎo)體接觸及其能級(jí)圖金屬半導(dǎo)體接觸整流理論歐姆接觸小結(jié)15歐姆接觸：金屬與半導(dǎo)體接觸時(shí)形成的非整流接觸

不產(chǎn)生明顯的附加阻抗

不會(huì)使半導(dǎo)體內(nèi)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(dǎo)體樣品或器件相比應(yīng)當(dāng)很小。半導(dǎo)體器件要求在金屬和半導(dǎo)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(shè)計(jì)和制造中的關(guān)鍵問(wèn)題之一。實(shí)現(xiàn)歐姆接觸的方法：利用隧道效應(yīng)的原理重?fù)诫s的p–n結(jié)可以產(chǎn)生顯著的隧道電流。當(dāng)隧道電流占主導(dǎo)地位時(shí)，它的接觸電阻可以很小，可以用作歐姆接觸。半導(dǎo)體重?fù)诫s時(shí)與金屬的接觸可以形成接近理想的歐姆接觸。金屬半導(dǎo)體接觸及其能級(jí)圖金屬半導(dǎo)體接觸整流理論歐姆接觸小結(jié)歐姆接觸16歐姆接觸金屬半導(dǎo)體接觸及其能級(jí)圖金屬半導(dǎo)體接觸整流理論歐姆接觸小結(jié)17歐姆接觸金屬半導(dǎo)體接觸及其能級(jí)圖金屬半導(dǎo)體接觸整流理論歐姆接觸小結(jié)18總結(jié)：金屬和半導(dǎo)體的功函數(shù)，電子的親和能，N型P型