半导体物理_第七章_金属和半导体的接触综述

1、第七章第七章 金属和半导体的接触金属和半导体的接触本章主要内容本章主要内容n7.1 金属半导体接触及其能级图；金属半导体接触及其能级图； 7.2 金属半导体接触整流理论；金属半导体接触整流理论； 7.3 少数载流子的注入和欧姆接触；少数载流子的注入和欧姆接触；金属金属半导体接触半导体接触由金属和半导体互相接触而形成的结构，简称由金属和半导体互相接触而形成的结构，简称M-SM-S接触。接触。典型接触：典型接触：1 1、半导体掺杂浓度低，单向导电性、半导体掺杂浓度低，单向导电性整流接触整流接触 肖特基势垒器件肖特基势垒器件2 2、半导体掺杂浓度高，双向导电性、半导体掺杂浓度高，双向导电性欧姆接触欧

2、姆接触 提供低阻互联提供低阻互联7.1.1 功函数和电子亲和能功函数和电子亲和能理想接触：理想接触：在半导体表面不存在表面态在半导体表面不存在表面态 M-SM-S之间没有绝缘层或绝缘层很薄的紧密接触之间没有绝缘层或绝缘层很薄的紧密接触以金属和以金属和n n型半导体的接触为例型半导体的接触为例7.1.2 接触电势差接触电势差1、WS Wm 电子系统在热平衡状态时应有统一的费米能级电子系统在热平衡状态时应有统一的费米能级电子反阻挡层；低阻电子反阻挡层；低阻欧姆接触欧姆接触考虑价带的电子转移，留下更多的空穴，形成空间考虑价带的电子转移，留下更多的空穴，形成空间电荷区。空穴从体内到表面，势能降低，能带

3、向上电荷区。空穴从体内到表面，势能降低，能带向上弯曲。弯曲。7.1.3 表面态对接触势垒的影响表面态对接触势垒的影响金属和半导体金属和半导体接触前接触前态密度很大态密度很大态密度较大态密度较大存在表面态，即使不与金属接触，半导体一侧产生电子势垒存在表面态，即使不与金属接触，半导体一侧产生电子势垒表面能级以下的能级电子已经填满，只能填到表面能级以上的表面能级以下的能级电子已经填满，只能填到表面能级以上的能级，则形成受主态（带负电）。体内电子转移后形成带正电能级，则形成受主态（带负电）。体内电子转移后形成带正电荷的区域。荷的区域。两者的两者的EF不重合不重合金属和半导体金属和半导体接触接触WS W

4、m 半导体向金属转移半导体向金属转移表面态密度很大，以表面电子转移为主表面态密度很大，以表面电子转移为主接触前后，半导体一侧的空间电荷不发生变化，表面势不变接触前后，半导体一侧的空间电荷不发生变化，表面势不变势垒高度被钉扎。势垒高度被钉扎。表面态密度较大，表面、体内电子均转移表面态密度较大，表面、体内电子均转移表面态中的电子和半导体体内的电子都要向金属转移，才能使系统平衡。表面态中的电子和半导体体内的电子都要向金属转移，才能使系统平衡。金属功函数对势垒有影响，但影响不大金属功函数对势垒有影响，但影响不大实际情况实际情况1. V=07.2 金属半导体接触整流理论金属半导体接触整流理论金属接负极，

5、半导体接正极金属接负极，半导体接正极外加电压增强了内建电场的作用，势垒区电势增强，势垒增高；外加电压增强了内建电场的作用，势垒区电势增强，势垒增高；金属一侧的势垒高度没有变化；金属一侧的势垒高度没有变化；电流很小，为电流很小，为反向偏置反向偏置2. V07.2.1 扩散理论扩散理论1.扩散理论的适用范围：扩散理论的适用范围：适用于适用于厚阻挡层厚阻挡层；势垒宽度比载流子的平均自由程大得多，即势垒宽度比载流子的平均自由程大得多，即势垒区是耗尽区；势垒区是耗尽区；半导体是非简并的半导体是非简并的2.扩散理论的基本思想扩散理论的基本思想扩散方向与漂移方向相反扩散方向与漂移方向相反无外加电压：无外加电

6、压：扩散与漂移相互抵消扩散与漂移相互抵消平衡平衡；反向电压：反向电压：漂移增强漂移增强反偏反偏；正向电压：正向电压：扩散增强扩散增强正偏正偏3.势垒宽度与外加电压的关系势垒宽度与外加电压的关系势垒的高度和宽度都随外加电压变化：势垒的高度和宽度都随外加电压变化：4.势垒区的伏安特性势垒区的伏安特性根据扩散理论，势垒区的电流是由半导体一侧电子的扩散和根据扩散理论，势垒区的电流是由半导体一侧电子的扩散和漂移运动形成的：漂移运动形成的：该理论是用于迁移率较小，平均自由程较短的半导体，该理论是用于迁移率较小，平均自由程较短的半导体，如氧化亚铜。如氧化亚铜。7.2.2 热电子发射理论热电子发射理论适用于薄

7、阻挡层适用于薄阻挡层 ln d势垒高度势垒高度 k0T非简并半导体非简并半导体1.热电子发射理论的适用范围：热电子发射理论的适用范围：2.热电子发射理论的基本思想：热电子发射理论的基本思想：薄阻挡层，势垒高度起主要作用。薄阻挡层，势垒高度起主要作用。能够越过势垒的电子才对电流有贡献能够越过势垒的电子才对电流有贡献计算超越势垒的载流子数目，从而求出电流密度计算超越势垒的载流子数目，从而求出电流密度。3.势垒区的伏安特性势垒区的伏安特性Ge、Si、GaAs有较高的载流子迁移率、较大的平均自由程，有较高的载流子迁移率、较大的平均自由程，主要是热电子发射。主要是热电子发射。需修正需修正:镜像力；隧道效

8、应镜像力；隧道效应7.3 少数载流子的注入和欧姆接触少数载流子的注入和欧姆接触E正向电压使得势垒降低，形成自外向内的空穴流，正向电压使得势垒降低，形成自外向内的空穴流，它形成的电流与电子电流方向一致。它形成的电流与电子电流方向一致。在势垒区域，空穴的浓度在表面最大。在势垒区域，空穴的浓度在表面最大。7.3.1 少数载流子的注入少数载流子的注入在正向电压作用下，金属和在正向电压作用下，金属和n型半导体接触使得半导体型半导体接触使得半导体中空穴浓度增加的现象称为少子的注入。中空穴浓度增加的现象称为少子的注入。实质上是半导体价带顶部附近的电子流向金属，填充金实质上是半导体价带顶部附近的电子流向金属，

9、填充金属中属中EF以下的空能级，而在价带顶附近产生空穴。以下的空能级，而在价带顶附近产生空穴。加正向电压时，少数载流子电流与总电流值比称为少数加正向电压时，少数载流子电流与总电流值比称为少数载流子的注入比，用载流子的注入比，用 表示。对表示。对n型阻挡层而言：型阻挡层而言：1 1、什么是欧姆接触？、什么是欧姆接触？7.3.2 欧姆接触欧姆接触欧姆接触应满足以下三点：欧姆接触应满足以下三点：1、伏安特性近似为线性，且是对称的；、伏安特性近似为线性，且是对称的；2、接触引入的电阻很小（不产生明显的附加阻抗）；、接触引入的电阻很小（不产生明显的附加阻抗）；3、不会使半导体内部的平衡载流子浓度发生显著改变。、不会使半导体内部的平衡载流子浓度发生显著改变。电子通过电子通过M-S接触时，能够不受势垒的阻挡，从一种材料输运到另一种接触时，能够不受势垒的阻挡，从一种材料输运到另一种材料，即其正反偏置的电流输运特征没有差别。材料，即其正反偏置的电流输运特征没有差别。2、如何实现欧姆接触？、如何实现欧姆接触？总结总结总结总结总结总结总结总结需修正需修正:镜像力；隧道效应镜像力；隧道效应总结总结总结总结习题习题习题习题习题习题8341993 106.62 101.6 101.78700 10cEhvheV8341993 10