金属和半导体的接触.ppt

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1、第七章金属和半导体的接触主要内容§7.1金属和半导体接触及其能级图§7.2金属和半导体接触整流理论§7.3少数载流子的注入和欧姆接触掌握阻挡层与反阻挡层的形成，肖特基势垒的定量特性，欧姆接触的特性。一、功函数1.金属的功函数Wm金属的功函数表示一个起始能量等于费米能级的电子，由金属内部逸出到表面外的真空中所需要的最小能量。E0(EF)mWmE0为真空中电子的能量，又称为真空能级。§7.1金属和半导体接触及其能级图金属中的电子在势阱中运动2.半导体的功函数WsE0与费米能级之差称为半导体的功函数。χ表示从Ec到

2、E0的能量间隔：称χ为电子的亲和能，它表示要使半导体导带底的电子逸出体外所需要的最小能量。Ec(EF)sEvE0χWsEn式中：N型：半导体Ec(EF)sEvE0χWsEnP型半导体：设想有一块金属和一块N型半导体，并假定金属的功函数大于半导体的功函数，即：二、金属与半导体的接触及接触电势差1.阻挡层接触接触前：E0xWsEFsEcEnWmEFmEv半导体中的电子金属—+Vms称为金属与半导体接触电势差。接触后：（间隙大）E0xWsEFsEcEnWmEFmEvVms半导体电势提高，金属电势降低，直到二者费米能

3、级相平紧密接触：EcEFEnqVdEvWsxq（Vs，—Vm）空间电荷区E表面形成空间电荷区,内部产生自建电场。表面势Vs：空间电荷区两端的电势差。忽略间隙中的电势差时的极限情形半导体一边的势垒高度为：金属一边的势垒高度为：EcEFEnqVdEv（Vs<0）金属与N型半导体接触时，若Wm>Ws，半导体表面形成表面势垒。在势垒区，空间电荷主要由电离施主形成，电子浓度比体内小得多，是一个高阻区域，称为阻挡层。界面处的势垒通常称为肖特基势垒。EcEFEnqVdEvE2.反阻挡层接触（欧姆接触）若Wm

4、型半导体接触时，电子将从金属流向半导体，在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，Vs>0，能带向下弯曲。这里电子浓度比体内大得多，因而是一个高电导的区域，称之为反阻挡层。EcEFWs-WmEvx-WmE金属与P型半导体接触时，若Wm>Ws，能带向上弯曲，形成P型反阻挡层。金属与P型半导体接触时，若WmWs阻挡层反阻挡层Wm

5、触）金属/半导体接触欧姆接触形成n型和p型阻挡层的条件三.表面态对接触势垒的影响1.表面态和表面能级：表面态：源于半导体表面晶格的不完整性，表面吸附外来原子或离子。它是局域在表面附近的新电子态。表面态能级：大多数半导体的在Ev以上Eg/3的地方。2.表面态的类型1）施主型：电子占满时呈中性，失去电子带正电。以下的表面态空着，表面带正电。2）受主型：能级空时为电中性，接受电子带负电。以上的表面态被电子填充，表面带负电。3.表面态对接触势垒的影响受主态n型半导体能带图无表面态时半导体功函数：有表面态时半导体功函数

6、：因半导体与表面态交换电子，（不与金属接触时）半导体表面能带发生弯曲qVD,势垒高度随Wm不是线性变化。半导体存在高密度表面态时势垒高度与金属功函数无关，称为高表面态密度钉扎（pinning）,称为巴丁模型。小结半导体表面态密度很高时（>1017eV-1.cm-2),它可屏蔽金属接触的影响，使得势垒高度与金属功函数几乎无关，而由半导体表面性质决定。当表面态密度不是很高时，金属功函数对势垒高度产生不同程度的影响。§7.2金属和半导体接触整流理论一.外加电压对n型阻挡层（Vs<0）的作用1.外加电压V=0半导体侧

7、电子势垒高度:无净电流2.加正向电压V>0半导体侧电子势垒高度降低为-q[（Vs）0+V)]金属侧电子势垒高度不变。电流方向M→S，由S→M的电子形成正向电流。3.加反向电压V<0半导体侧电子势垒高度增加为：-q[（Vs）0+V)]电流方向S→M，由M→S的电子形成反向电流阻挡层的I/V特性?正向电流随外加正向电压增加而增大；?金属一侧势垒很高，反向电流很小，且趋于饱和。?阻挡层具有单向导电性——整流特性。P型半导体n型和p型阻挡层的作用阻挡层具有整流特性；正向电流规定为半导体多子形成的电流；n型:金属极加正

8、电压，V>0，形成电子由半导体到金属的正向电流；电流方向：金属→半导体p型：金属极加负电压V<0，形成空穴由半导体到金属的正向电流；电流方向：半导体→金属1.扩散理论流过势垒的电流主要由电子在耗尽区的扩散和漂移过程决定。适于势垒区宽度远大于电子的平均自由程的半导体二.理论模型耗尽区:杂质全电离，电荷由杂质电离形成。电场仅存在空间电荷区。方向指向半导体表面。泊松方程：利用边界条件：势垒中的电场V>0,