第2B章金属半导体接触

金属半导体和异质结Metal–SemiconductorandSemiconductorHeterojunctionsInthischapter,wewill:■Determinetheenergy-banddiagramofametal–semiconductorjunction.■Investigatetheelectrostaticsoftherectifyingmetal–semiconductorjunction,whichisknownastheSchottkybarrierdiode.■Derivetheidealcurrent–voltagerelationoftheSchottkybarrierdiode.■DiscussdifferencesinthecurrenttransportmechanismbetweentheSchottkybarrierdiodeandpnjunctiondiode,anddiscussdifferencesinturn-onvoltageandswitchingtimes.■Discussohmiccontacts,whicharelow-resistance,nonrectifyingmetal–semiconductorjunctions.■Investigatethecharacteristicsofasemiconductorheterojunction.1肖特基势垒二极管20世纪初期，金属半导体表面接触在一起后形成二极管称为点接触二极管；金属功函数：真空中静止电子的能量E0与金属的费米能级（Ef）之差。它表示一个起始能量为费米能级的电子由金属内部逸出到真空中所需最小能量。它的大小范围从铯的1.93ev到铂的5.36ev。

电子亲和能：是指真空的自由电子能级与导带底能级之间的能量差，也就是把导带底的电子拿出到真空去而变成自由电子所需要的能量。为维持费米能级连续，半导体中的电子流向金属，在半导体表面形成耗尽区-正电荷，能带向上弯曲该势垒为肖特基势垒theSchottkybarrier内建电势差反偏：正偏：1.2理想结特性空间电荷区电场，求解泊松方程x=xn,E=0对均匀掺杂半导体，场强是距离的线性函数金属半导体接触处场强最大，金属中场强为零金属中存在表面负电荷空间电荷区宽度W单位面积电容C’可求解Vbi,Nd肖特基势垒高度：Nd掺杂浓度金属半导体结中的电流输运不同于pn结中少子决定电流的情况。取决于多数载流子。N型半导体整流接触-电子运动通过势垒。1.3电流电压关系肖特基势垒二极管与pn结二极管的比较1、反向饱和电流密度，肖特基势垒二极管比pn结大几个数量级；由于输运机构不同。例9.52、内建电势差-开启电压不同3、开关特性：肖特基二极管是多子器件，不存在扩散电容；不存在转换时的存储效应。欧姆接触METAL–SEMICONDUCTOROHMICCONTACTS任何半导体器件都要与外部接触，这种接触通过欧姆接触实现欧姆接触形成的电流电压关系-线性函数，电压很低！两种常见接触：1、非整流接触，2、利用隧道效应制造的理想非整流接触上一节讨论了m>s金属与半导体接触；同样m<s情况下？m<s电子从金属流向半导体，半导体表面过量电子电荷，电子堆积。能带向下弯曲。金属加正压，不存在电子从半导体流向金属的势垒.电子容易从半导体流向金属。如果半导体加正压，电子流向金属的势垒近似Bn=n,此时电子很容易从金属流向半导体。对p型半导体，m>s,刚接触时电子从半导体流向金属达到热平衡，表面留下空穴，出现空穴堆积，使得界面半导体p型更深，电子更容易从金属流向半导体中的空状态。相当于空穴更容易从半导体流向金属。2.2隧道效应金属-半导体空间电荷区宽度与半导体掺杂浓度的平方根成反比。随着浓度的增加隧道效应增强。隧道电流随掺杂浓度增加指数增大。2.3接触电阻定义：零偏压时电流密度对电压求导的倒数。接触电阻强烈依赖掺杂浓度在现代IC工艺中，Al不能完全满足要求。因为在IC工艺中，当欧姆接触形成之后还需要施行500oC以上的其它工艺步骤，而Al-Si接触系统承受不了这么高