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1、金属—半导体接触1、金属与半导体接触概论以集成电路（ＩC）技术为代表得半导体技术在近十几年来已经取得了迅速发展，带来得就是一次又一次得信息科技进步,没有哪一种技术能像它一样,带来社会性得深刻变革。半导体技术得实现依赖于半导体得生产与应用,而在半导体得应用过程中,必然会涉及到半导体与金属电极得接触。大规模集成电路中得铝—硅接触就就是典型得实例。［1］金属与半导体接触大致可以分为两类：一种就是具有整流特性得肖特基接触（也叫整流接触),另一种就是类似普通电阻得欧姆接触。金属与半导体接触特性与两种材料得功函数有关。所谓功函数,也称之为逸出功,就是指材料得费米能级与真空能级之差，即W=E0
2、-EF（E0为真空能级，EF为费米能级）。它就是表征固体材料对电子得约束能力得物理量。然而，由于金属与半导体得费米能级有所差别,所以其功函数也不相同。就金属来而言，其费米能级EＦM代表电子填充得最高能级水平,所以金属得功函数WM即为金属向真空发射一个电子所需要得最低能量(如图１、1、１)；但对半导体得功函数WS而言，其功函数就是杂质浓度得函数，而不像金属那样为一常数,其内部电子填充得最高能级就是导带底EC，而费米能级EＦS一般在EC之下。所以半导体得功函数WS一般要高于电子逸出体外所需要得最低能量χ。半导体得功函数又可表示成：ＷS＝χ+En。其中，χ=E0—EC，称为电子亲与势,
3、Ｅn=EＣ－ＥFS为费米能级与导带底得能量差（如图1、１、2)。图1、1、1金属得电子势阱?图１、1、２半导体得能带与自由电子势当具有理性洁净平整表面得半导体与金属接触时，二者得功函数WM与WS,一般说来就是不相等.其功函数差亦为其费米能级之差,即WM—WS＝EFＳ－EＦM。所以，当有功函数差得金属与半导体接触并符合理想条件时,从固体物理学我们知道，由于存在费米能级之差，电子将从费米能级高得一边转移到费米能级低得一边，直到两者费米能级持平而进入热平衡态为止。2、金属与半导体接触得四种情况（1)金属与N型半导体接触,WM〉WS时ＷM>WS意味着金属得费米能级低于半导体得费米能级。当
4、金属与Ｎ型半导体理想接触时，半导体中得电子将向金属转移，使金属带负电，但就是金属作为电子得得“海洋”，其电势变化非常小;而在半导体内部靠近半导体表面得区域则形成了由电离施主构成得正电荷空间层,这样便产生由半导体指向金属得内建电场,该内建电场具有阻止电子进一步从半导体流向金属得作用。因此,金属与半导［２］体接触得内建电场所引起得电势变化主要发生在半导体得空间电荷区,使半导体中近表面处得能带向上弯曲形成电子势垒；而空间电荷区外得能带则随同EFS一起下降，直到与EFM处在同一水平就是达到平衡状态，不再有电子得流动，如图１、１、3。图1、１、3：WM>WS得金属与N型半导体接触前后得能带
5、变化，(ａ）接触前（b)接触后相对于ＥFM而言，平衡时EFＳ下降得幅度为WM—ＷＳ.若以VD表示这一接触引起得半导体表面与体内得电势差，显然有qＶD=WM—WS（1、1）式中,q就是电量,VD为接触电势差或半导体得表面势;qVD也就就是半导体中得电子进入金属所必须越过得势垒高度;同样得，金属中得电子若要进入半导体,也要越过一个势垒。高度为式1、2，式中,qφM极为肖特基势垒得高度。ｑφM=WＭ—χ=qＶD+Ｅｎ（1、2)当金属与N型半导体接触时,若WM>WS,则在半导体表面形成一个由电离施主构成得空间电荷区，其中电子浓度极低，对电子得传导性极低，就是一个高阻区域,常被称为电子阻挡
6、层。（2）金属与Ｎ型半导体接触,WM<ＷＳ时若WM〈WＳ,由于金属与半导体得费米能级不平衡,电子将从金属流向半导体,在半导体表面区域形成负电荷空间区。由此在半导体近表面产生由半导体表面指向体内得内建电场，导致半导体得能带自体内到表面向下弯曲,使半导体表面得电子密度比体内高很多,增加了对电子得传导特性,因而就是一个高导区域,称之为反阻挡层。接触以后得能带结构为图1、1、4。反阻挡层就是很薄得高导层,它对半导体与金属之间接触电阻得影响极小,因此在实验中不易觉察到其存在。图1、1、4WＭ〈ＷS时,金属与Ｎ型半导体在平衡状态下得能带（3）金属与P型半导体接触金属与P型半导体接触时，形成阻
7、挡层得条件与N型半导体得情况恰好相反:当WM＞ＷS时，能带向上弯曲，导致表面比体内空穴密度更高，增加电荷得传导特性,形成Ｐ型反阻挡层;当WMＷS时金属与N型半导体得接触与ＷM
