半导体物理ms接触习题参考答案

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1、第六章习题参考答案1.画出由p型半导体和金属构成的肖特基势垒在施加正向和反向电压的能带图，分别标出扩散流、漂移流、肖特基热电子电流的方向和相对大小。答：对于p型半导体和金属构成的肖特基势垒，由于多子为空穴，因此，在理想接触的情形下，形成肖特基势垒的条件是：，此时势垒区电场方向由金MS属端指向半导体端。由于肖特基势垒在正向偏置时，对应于空穴在半导体中面临的势垒降低，因此，需要在p区加正电压，金属区加负电压。(1)平衡时，通过肖特基的电流为0。在半导体中，扩散电流和漂移电流大小相等，方向相反。同时，从半导体到金属的热

2、载流子电流与从金属到半导体的热载流子电流大小相等，方向相反。(2)正向电压时，由于从半导体到金属的热载流子遇到的势垒降低，而从金属到半导体的热载流子遇到的势垒不变和电流不变，因此，从半导体到金属的热载流子大于从金属到半导体的热载流子电流。(3)反向偏压时，由于从半导体到金属的热载流子遇到的势垒增加，而从金属到半导体的热载流子遇到的势垒不变和电流不变，因此，从半导体到金属的热载流子电流小于从金属到半导体的热载流子电流。2.设金属与半导体是理想的肖特基接触，即肖特基模型适用。在以下两种情形下：(a)金属和半导体直接接触；(

3、b)相距较远，通过一很细的导线连接。试分析并用图示意指出，M/S接触形成的接触电势差在热平衡时的分布情形。答：为以下讨论方便，不妨设半导体为n型半导体：(a)金属和半导体直接接触：平衡时金属费米能级和半导体费米能级相等，且接触电势差全部降落在半导体耗尽区上，由Poisson方程得：2dqNd2dxSi(0)xxdExd0ddxxxd解得：qNqNdd22()xxx(0)(x)(0xx)ddd22SiSiWWMS在界面处电势最低，且满足：()x(0)，

4、其中W、W分别为金属dMSq和半导体的功函数。(b)相距较远，通过一根细的导线连接：由于原来的半导体费米能级大于金属的费米能级，半导体中的电子向金属流动，使金属表面带负电，半导体表面带正电，平衡时金属半导体有统一的费米能级。此时，金属与半导体之间的空间间隔相当于平板电容器，空气为介质，调整金属与半导体费米能级的自建势为WWMS()d(0)，该自建势分别降在空气介质和半导体空间电荷区上，q其中，在空气介质区域电场强度分布均匀。其能带图如下所示：3.试分析说明金属-n型半导体肖特基势垒在正向偏压下电子和空穴的准费

5、米能级如何变化？答：(1)对于电子，在正向偏压情况下，肖特基势垒减小，电子流向金属要先以漂移的方式到达耗尽区处，然后在一定程度上以扩散的形式越过势垒区达到金属-半导体界面。势垒区中，漂移与扩散在电子流中所占的比例的大小决定了肖特基电流的理论模型：对于完全的漂移形式电流，即为通常所说的电子热发射理论，当势垒区的厚度小于电子的平均自由程时，一般选择此模型来刻画肖特基电流，通常的Si，Ge，GaAs材料由于高迁移率，在势垒区的能级降落可以忽略不计；当纯粹以漂移形式通过势垒区时，即为肖特基电流的扩散理论模型，对于低迁移率的半导

6、体如Cu2O，CdS等则适用。两者的综合得到的能带图如下所示。(2)对于空穴，正向偏压下，在界面处附近空穴浓度较高，界面处金属费米能级与半导体中空穴的准费米能级可认为相等，由于势垒区中空穴浓度比半导体内部高得多，空穴准费米能级基本上水平通过势垒区，主要降落空间电荷区以外的半导体内部。4.如果金属-n型半导体接触形成肖特基势垒，金属层很薄，可以透光。在有光照时，肖特基势垒如何变化？答：由于金属层很薄，可以透光，则在半导体空间电荷区内，电子浓度很小，光照电子浓度相对未照射时浓度增加很多，使电子准费米能级增加，则肖特基势垒必

7、须增加以减小过剩载流子越过势垒进入金属，从而使系统重新达到平衡。5.假设金属的功函数小于半导体的功函数M<S，讨论理想M/S接触的能带图和势垒特征；讨论镜像电荷效应对界面势垒的影响；如果在M/S界面半导体Si禁带中距价带1/3Eg的位置存在无穷大的界面态密度，讨论M/S接触的能带图和势垒特征。答：(A)对于第一小问：(1)若半导体为n型，则由M<S知当接触时，电子从金属流向半导体，半导体表面形成负的空间电荷区，电场方向由表面指向体内，在势垒区内电子浓度比n区内部大很多，因此是反阻挡层，能带图如下所示：(2)若半

8、导体为p型，则由M<S知当接触时，电子从金属流向半导体，半导体表面空穴耗尽形成负的空间电荷区，电场方向由表面指向体内，势垒区空穴浓度比体内空穴浓度小得多，因此为阻挡层。其中：EWgSM,。BiSMq(B)对于第二小问：考虑镜像力效应，镜像势为：22qqEFddii21616x