第七章金属和半导体的接触

半导体物理

第七章金属和半导体的接触1金属半导体的接触及其能级图2金属半导体接触及其能级图金属半导体接触整流理论少数载流子的注入和欧姆接触小结

一、功函数金属的功函数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。3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金属半导体接触及其能级图金属半导体接触整流理论少数载流子的注入和欧姆接触小结4式中：N型半导体P型半导体：金属半导体接触及其能级图金属半导体接触整流理论少数载流子的注入和欧姆接触小结EcEFEvE0χWSPEPEg5二、金属与半导体的接触及接触电势差1.阻挡层接触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：金属半导体接触及其能级图金属半导体接触整流理论少数载流子的注入和欧姆接触小结接触前：E0xWsEFsEcEnWmEFmEv6金属半导体接触及其能级图金属半导体接触整流理论少数载流子的注入和欧姆接触小结半导体中的电子\半导体电势提高！q（Vs’-Vm）=Wm-Ws金属—+Vms称为金属与半导体接触电势差。接触后：E0xWsEFsEcEnWmEFmEvVms7金属半导体接触及其能级图金属半导体接触整流理论少数载流子的注入和欧姆接触小结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：Vs为半导体的表面势<0(表面电势减内部电势)金属一边的势垒高度为：EcEFEnqVdEv8金属半导体接触及其能级图金属半导体接触整流理论少数载流子的注入和欧姆接触小结金属与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。EcEFEnqVdEv9金属半导体接触及其能级图金属半导体接触整流理论少数载流子的注入和欧姆接触小结2.反阻挡层接触若Wm<Ws，金属与N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-Wm10金属半导体接触及其能级图金属半导体接触整流理论少数载流子的注入和欧姆接触小结金属与P型半导体接触时，若Wm<Ws，形成空穴的表面势垒。在势垒区，空间电荷主要由电离受主形成，空穴浓度比体内小得多，也是一个高阻区域，形成P型阻挡层。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。上述金半接触模型即为Schottky模型。N型P型Wm>Ws阻挡层反阻挡层Wm<Ws反阻挡层阻挡层11金属半导体接触及其能级图金属半导体接触整流理论少数载流子的注入和欧姆接触小结金属半导体接触整流理论1、阻挡层的整流特性——外加电压对阻挡层的作用12金属半导体接触及其能级图金属半导体接触整流理论欧姆接触小结金属半导体接触整流理论13金属半导体接触及其能级图金属半导体接触整流理论欧姆接触小结金属半导体接触整流理论14肖特基势垒二极管总结：金属和低掺杂的半导体形成的接触具有整流特性。在不考虑表面态时称为肖特基接触或肖特基模型，形成的势垒称为肖特基势垒。肖特基势垒的整流特性采用了扩散理论和热电子发射理论，后者适用于载流子迁移率大的材料，如硅、锗、砷化镓等，而前者适用于迁移率小的材料，例如碳化硅、锑化锌等材料。肖特基势垒二极管：利用金属--半导体整流接触特性制成的二极管。特点：肖特基二极管是一种多数载流子器件，即形成电流的载流子主要是多数载流子。故比pn结二极管有更好的高频特性。对于同样的电流，有较低的正向导通电压，~0.3V。金属半导体接触及其能级图金属半导体接触整流理论欧姆接触小结15欧姆接触：金属与半导体接触时形成的非整流接触

不产生明显的附加阻抗

不会使半导体内部的平衡载流子浓度发生显著的变化不影响器件的电流–电压特性理想欧姆接触的接触电阻与半导体样品或器件相比应当很小。半导体器件要求在金属和半导体之间形成良好的欧姆接触。在超高频和大功率器件中，欧姆接触是设计和制造中的关键问题之一。实现欧姆接触的方法：利用隧道效应的原理重掺杂的p–n结可以产生显著的隧道电流。当隧道电流占主导地位时，它的接触电阻可以很小，可以用作欧姆接触。半导体重掺杂时与金属的接触可以形成接近理想的欧姆接触。金属半导体接触及其能级图金属半导体接触整流理论欧姆接触小结欧姆接触16欧姆接触金属半导体接触及其能级图金属半导体接触整流理论欧姆接触小结17欧姆接触金属半导体接触及其能级图金属半导体接触整流理论欧姆接触小结18总结：金属和半导体的功函数，电子的亲和能，N型P型