2022-2023學(xué)年高二物理競(jìng)賽課件：界面態(tài)對(duì)勢(shì)壘高度的影響

界面態(tài)對(duì)勢(shì)壘高度的影響

在半導(dǎo)體表面處的禁帶中存在著表面態(tài)，對(duì)應(yīng)的能級(jí)稱(chēng)為表面能級(jí)。表面態(tài)通常按照能量連續(xù)分布，并且可以用一中性能級(jí)E0表征。表面態(tài)一般分為施主型和受主型。若能級(jí)被電子占據(jù)時(shí)呈現(xiàn)電中性（這時(shí)被占據(jù)的界面態(tài)高達(dá)E0，且E0以上的狀態(tài)空著），釋放電子后呈現(xiàn)正電性，稱(chēng)為施主型表面態(tài)；若能級(jí)空著時(shí)為電中性，接受了電子后帶負(fù)電，稱(chēng)為受主型表面態(tài)。界面態(tài)對(duì)勢(shì)壘高度的影響三鏡像力對(duì)勢(shì)壘高度的影響根據(jù)庫(kù)侖定律，鏡像力為：距離金屬表面x處的電子的電勢(shì)能為：這里邊界條件取為x=∞時(shí)E=0和當(dāng)x=0時(shí)E=-∞。將界面附近原來(lái)的勢(shì)壘近似的看成線(xiàn)性的，因而界面附近的導(dǎo)帶底勢(shì)能曲線(xiàn)為：其中ε為表面附近的電場(chǎng)，等于勢(shì)壘區(qū)的最大電場(chǎng)（內(nèi)建電場(chǎng)和外加電場(chǎng)）?？偰芰繛椋嚎梢?jiàn)原來(lái)的肖特基勢(shì)壘在電子能量在x=0處下降，也就是說(shuō)使得肖特基的勢(shì)壘高度降低。這就是肖特基勢(shì)壘的鏡像力降低現(xiàn)象，又叫做肖特基效應(yīng)。說(shuō)明在大電場(chǎng)下，肖特基勢(shì)壘被鏡像力降低了很多。鏡像力使肖特基勢(shì)壘高度降低的前提是金屬表面的半導(dǎo)體導(dǎo)帶要有電子存在。因此，在測(cè)量勢(shì)壘高度時(shí)，如果所用方法與電子在金屬和半導(dǎo)體間的輸運(yùn)有關(guān)則所測(cè)得的結(jié)果是；如果測(cè)量方法只與耗盡層的空間電荷有關(guān)而不涉及電子的輸運(yùn)（如電容方法），則測(cè)量結(jié)果不受鏡像力的影響。空穴也產(chǎn)生鏡像力，它的作用是使半導(dǎo)體能帶的價(jià)帶頂附近向上彎曲，如圖4-6所示。但是價(jià)帶頂不像導(dǎo)帶底那樣有極值，結(jié)果接觸處的能帶變窄。1.21.41.61.82.02.22.410-1110-310-210-110-2dV/dT(mV/℃)電流密度/(A/cm2)硅肖特基勢(shì)壘硅PN結(jié)正向偏壓時(shí)溫度系數(shù)與電流密度的關(guān)系可以看到溫度系數(shù)相差0.4mv/℃。肖特基勢(shì)壘二極管具有更穩(wěn)定的溫度特性。這種差別在利用兩類(lèi)二極管進(jìn)行電路設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)該考慮。0.4實(shí)驗(yàn)結(jié)果:

3)低的正向電壓降

由于肖特基勢(shì)壘二極管中的飽和電流遠(yuǎn)大于具有同樣面積的PN結(jié)二極管的飽和電流,所以對(duì)于同樣的電流,在肖特基勢(shì)壘上的正向壓降比PN結(jié)上低得多。右圖所示為Al-Si(N)肖特基勢(shì)壘二極管和PN結(jié)二極管的I-V曲線(xiàn)圖。

開(kāi)啟電壓:

肖特基勢(shì)壘二極管的一般為0.3v;

硅PN結(jié)為0.6-0.7v.2)大的飽和電流肖特基二極管是多子器件,而PN結(jié)二極管是少子器件,多子電流要比少子電流大的多,即肖特基勢(shì)壘二極管中的飽和電流遠(yuǎn)大于具有同樣面積的PN結(jié)二極管的飽和電流。肖特基結(jié)PN結(jié)≈1.0μA≈1.0nA0.20.6I/mAV/v低的接通電壓使得肖特基二極管對(duì)于箝位和限幅的應(yīng)用具有吸應(yīng)力。然而在反偏壓下,肖特基二極管具有更高的非飽和反向電流。另外,在肖特基二極管中通常存在額外的漏電流和軟擊穿,因而在器件制造中必須十分小心。非理想的反向特性可以通過(guò)采用前面討論到的保護(hù)環(huán)或金屬搭接結(jié)構(gòu)進(jìn)行消除。

4)溫度依賴(lài)關(guān)系的區(qū)別肖特基勢(shì)壘和PN結(jié)對(duì)溫度依賴(lài)關(guān)系在正偏下是不同的。

肖特基勢(shì)壘二極管的應(yīng)用肖特基勢(shì)壘二極管的應(yīng)用多子器件,無(wú)少子存儲(chǔ)效應(yīng),可在1ns內(nèi)關(guān)斷.在制造上簡(jiǎn)便,使得有可能產(chǎn)生面積很小,供高頻工作的器件,工作頻率可達(dá)到100GHz.肖特基勢(shì)壘檢波器或混頻器肖特基勢(shì)壘箝位晶體管肖特基勢(shì)壘檢波器或混頻器一個(gè)有效的檢波器或混頻器要求射頻功率被二極管電阻rd吸收并且在rs上的功率耗散很小。通常情況下rs<<rd,因此,在低頻時(shí)rs的影響可以忽略。但是隨著工作頻率的增高,相對(duì)于rs來(lái)說(shuō),結(jié)阻抗減小,最終會(huì)到達(dá)這樣一個(gè)頻率,使得在rs上的功率耗散和在結(jié)上的功率耗散相等,即

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