金属半导体结

1、1金属半导体结4.1肖特基势垒4.2表面态对势垒高度的影响4.3镜像力对势垒高度的影响4.4肖特基势垒二极管24.1 肖特基势垒金属和半导体接触： 金属和半导体接触形成的结称为金属半导体结 整流效应：高阻、单向导电整流结 欧姆效应：低阻、欧姆特性欧姆结 金属与N型半导体 金属与P型半导体 WmWS 整流效应 欧姆效应 WmWS 整流效应 欧姆效应 WmWs)Wm(EF)mE0 (EF)SECEVEnWs 理想情况下的金属半导体接触:(EF)S(EF)M 半导体中的电子将向金属流动在金属表面积累了负电荷，半导体表面带正电荷形成由半导体指向金属的电场6EFq VMSEVEnWsECDWmVMS：接

2、触电势差qWsmWVMSECq VDqnsEFq VMSEVEnWm随着间隙的减小，金属表面的负电荷密度增加，同时，靠近金属一侧的半导体表面的正电荷密度也随着增加。由于半导体自由电荷密度的限制，空间电荷层变宽。同时降落在间隙中的电势差VMS减小。7肖特基势垒:从金属流向半导体的电子，需要跨过的势垒。 对于不同的金属其功函数不同，所以金属与半导体接触形成的肖特基势垒的高度是不同的。VD =（Wm-Ws）/qqns=Wm- q VDqnsECEFEVEnE0VD84.1.3 加偏压的肖特基势垒正向偏压：金属相对于半导体加以正电压。由于金属一侧的电荷层很薄，能级基本上没发生弯曲，即肖特基势垒没发生变

3、化。金属半导体之间的电势差减少了V ，半导体中的电子能级相对于金属上移了qV。半导体中的电子更容易向金属渡越，可以流过更大的电流。q VDq（VD V）W9加反向偏压的肖特基势垒反向偏压：金属相对于半导体加负电压。肖特基势垒仍保持不变。但半导体中电子向金属渡越的势垒增加，电子难于向金属渡越，流过的电流很小。肖特基势垒的导电特性：单向导电性肖特基势垒的导电特性：单向导电性整流特性整流特性EFEFECEVq VDq (VD+V)ECEV10金属与n型半导体 WmWs金属中的电子流向半导体，在半导体形成了带负电的区域，电场方向由金属表面指向半导体，半导体能带向下弯曲。积累了大量的电子，使半导体之间容

4、易流过电子，形成较大的电流。无论加 正电压还是负电压，都可以流过较大的电流。因此这种效应称为欧姆效应。我们称这种特性为反阻挡层，反阻挡层是很薄的高电导层。E0WmECEVEF(EF)SWm(EF)mE0ECEVEnWs11金属与P型WmWs）ECEFEV半导体的费米能级高于金属费米能级，半导体中电子向金属中移动，金属侧的电子能量提高，而在半导体表面形成带正电的空间电荷区。空间电荷区形成从半导体指向金属的自建电场，表面附近的能带向上弯曲。在表面附近，空穴浓度高于体内为多子（空穴）积累，空间电荷区是高电导层，此时形成的是多子反阻挡层即欧姆接触。134.2 表面态对势垒高度的影响 不同的金属，功函数

5、相差较大。从理论上来说，它们与半导体接触时形成的势垒应该相差较大。大量的测量结果表明，它们之间形成的势垒高度却相差很小。实际情况中金属功函数对势垒高度的决定作用不是唯一的，还存在着影响势垒高度的其他因素。这个因素就是半导体表面态。表面态：在界面处晶格的断裂产生大量的的能量状态，称为界面态。表面能级：与表面态对应的能级 晶格周期性在表面中断 吸附其它的原子、分子、离子 微氧化膜14表面态的位置： 表面态位于禁带中，大多数半导体的表面能级位于离开价带顶Eg/3附近出。 表面态通常是按能量连续分布的，并可用一中性能级E0表示。表面态的带电性： 施主型：若表面态被电子占据时呈电中性，施放电子后带正电，

6、类似 于施主杂质 。受主型：若表面态空着时为电中性，接受电子后带负电，类似于受主杂质。 15EF(EF)SECEVEnWsE0W0从表面态到半导体内就存在一个渡越势垒：从半导体到表面态也存在渡越势垒： q VD=EFE0mq =W0ECEVWSq VDq m16ECEVWSEF表面态有较高的密度界面态的电荷具有负反馈效应，它趋向于使EF和中性能级E0接近。若界面态密度很大这费米能级实际上箝拉在E0。经过大量实验观测到，大多数半导体表面能级E0是在离开价带Eg/3附近。17Wm(EF)mE0ECEVWSEFDWm-W0W0En空间电荷区的正电荷等于受主态上留下的负电荷与金属表面负电荷之和。金属和

7、带表面态的半导体之间的功函数差大部分降落在了间隙D上。半导体向金属渡越的势垒基本上未发生变化。在高表面态下 q VD=W0-Ws= Eg Eg/3 En =2Eg/3En 18 若电子距金属表面的距离为x，则它与感应正电荷之间的吸引力，相当于该电子与位于(x)处的等量正电荷之间的吸引力，这个正电荷称为镜象电荷，静电引力称为镜像力。 在金属真空系统中，一个在金属外面的电子，要在金属表面感应出正电荷，同时电子要受到正电荷的吸引。4.3 镜像力对势垒高度的影响镜象电荷电子xOx镜 象 电 荷1920220216)2(4xqxqf根据库伦定理：xxxqdxxqfdx0220216116xE）（距金属表

8、面x处的电子的势能为：金属和半导体接触时，在镜像力和自建电场共同作用下。电子所具有的势能:）（）（xqVxq0216xE20 半导体和金属接触时，在耗尽层中，选(EF)M为势能零点(EF)M0无镜象力有镜象力XM镜象势能xqnsq镜像力对势垒的影响21势垒的降低量： 镜象力所引起的势垒降低量随反向电压的增加而缓慢地增大当反向电压较高时，势垒的降低变得明显，镜象力的影响显得重要。04qE0E4qx224.4 肖特基势垒二极管 利用金属和半导体整流接触特性制成的二极管。肖特基二极管 和PN结二极管有相似的电压电流特性，单向导电性。 是一种多数载流子导电器件。 具有更好的高频特性，开关时间快。23肖特基势垒二极管结构： 点接触型：把须状的金属触针压在半导体晶体上形成的 面结合型：在高真空下向半导体表面蒸镀大面积的金属薄膜24面结合型管性能要优于点接触管： 点接触管表面不易清洁，针点压力会造成半导体表面畸变，其接触势垒不是理想的肖特基势垒，受到机械震