第七章-金属半导体接触e

第七章金属和半导体的接触

1、金属半导体接触及其能级图（1）金属和半导体的功函数

在绝对零度时，金属中的电子填满了EF以下所有能级，而高于EF的能级则全空,在一定温度下，只有EF附近的少数电子受热激发，由低于EF的能级跃迁到高于EF的能级上，但绝大部分电子仍不能脱离金属而逸出体外。

这说明金属中的电子虽然能在金属中自由运动，但绝大多数所处的能级都低于体外能级,要使电子从金属中逸出，必须由外界给它足够能量。所以，金属内部电子是在势阱中运动。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。半导体的功函数WsE0与费米能级之差称为半导体的功函数。Ec(EF)sEvE0χWsχ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。EnEp式中：n型半导体：Ec(EF)sEvE0χWsEnEpp型半导体：Ec(EF)sEvE0χWsEnEpn型半导体：p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：（2）接触电势差接触前：Ec(EF)sEvE0χWsEnWm(EF)m半导体中的电子金属—+接触后：半导体一边的势垒高度为：金属一边的势垒高度为：EnEcEv(EF)sqVDqΦnsWmχ金属与n型半导体接触接触电势差Vs=Ws-WmWm>Ws→形成表面势垒势垒区电子浓度比体内小得多→高阻区(阻挡层)。界面处的势垒通常称为肖特基势垒。若Wm<WsEc(EF)sEvE0χWsEnWm(EF)m金属与n型半导体接触时EnEcEv(EF)sqVDX-Wm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。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。n型p型Wm>Ws阻挡层反阻挡层Wm<Ws反阻挡层阻挡层上述金半接触模型即为Schottky模型：金属功函数对势垒高度影响不大。不同金属，虽功函数相差很大，但与半导体接触形成势垒的高度相差很小。半导体表面存在表面态。（3）表面态对接触势垒的影响2、金属半导体接触整流理论（1）阻挡层的整流作用以n型半导体为例：接触电势差VS<0势垒高度qVD=-qVs外加一个正电压V>0则势垒高度降低为qVD，=-q(Vs+V)外加一个负电压V<0，势垒高度增加。Ec(EF)sqΦns-q(Vs+V)qVD（2）理论解释①扩散理论对于n型阻挡层，当势垒的宽度远大于电子平均自由程，电子通过势垒区发生多次碰撞，这样的阻挡层称为厚阻挡层。扩散理论适用于厚阻挡层。计算通过势垒的电流时，必须同时考虑漂移和扩散运动。势垒区的电势分布是比较复杂的,当势垒高度远大于k0T时，势垒区可近似为一个耗尽层。

②热电子发射理论当n型阻挡层很薄，电子平均自由程远大于势垒宽度时，势垒的高度起绝对作用。电流的计算归结为计算超越势垒的载流子数目。

③镜像力和隧道效应的影响镜像力的影响隧道效应的影响④肖特基势垒二极管肖特基势垒二极管：利用金属-半导体整流接触特性制成的二极管。肖特基势垒二极管与pn结二极管的区别：（1）多数载流子器件和少数载流子器件（2）无电荷存贮效应和有电荷存贮效应（3）高频特性好。（4）正向导通电压小。3.1少数载流子的注入3.2欧姆接触定义：不产生明显的附加阻