金属和半导体的接触-课件

,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,第七章 金属和半导体的接触,林 硕,E-mail:linshuo_pv,7.1,金属半导体接触,及其能带图,第七章 金属和半导体的接触 林 硕7.1 金属半导体,1,本章内容提要,金半接触及其能级图,整流特性,少子注入和欧姆接触,本章内容提要金半接触及其能级图,2,金属半导体接触,整流接触,：微波技术和高速集成电路,欧姆接触,：电极制作,成为界面物理重要内容,半导体器件重要部分,能级图,整流特征,欧姆接触,金属半导体接触 整流接触：微波技术和高速集成电路 欧姆,3,7.1 金属半导体接触及其能级图,1.金属与半导体的功函数,功函数：金属中的电子从金属中逸出，需由外界供给它足够的能量，,这个能量的最低值被称为功函数。,金属功函数,W,m,=,E,0,-(,E,F,),m,金属中的电子势阱,半导体的功函数和电子亲和能,E,0,为真空电子能级,半导体功函数,W,s,=,E,0,-(,E,F,),s,电子亲和能,=,E,0,-,E,c,W,s,=,+,E,c,-(,E,F,),s,=,+,E,n,E,n,=,E,c,-(,E,F,),s,7.1 金属半导体接触及其能级图1.金属与半导体的功函数功函,4,2.接触电势差（肖特基模型）,金属和n型半导体接触能带图（W,m,W,s,）,（a）接触前；（b）间隙很大；（c）紧密接触；（d）忽略间隙,半导体电势,提高,金属电势,降低,平衡态，费米能级相等,金半间距,D,远大于原子间距时,D,正负电荷密度增加,D,与原子间距相比,空间电荷区形成（,why），表面势，能带弯曲,（理想）,肖特基势垒高度,2.接触电势差（肖特基模型）金属和n型半导体接触能带图（Wm,5,小结：,（1）金属与n型半导体接触,W,m,W,s,，电子由半导体进入金属，在半导体表面形成电子势垒,（阻挡层）,W,s,W,m,，电子由金属进入半导体，,V,s0,，能带下降，表面是电子势阱，,形成电导层（,反阻挡层,）,金属和n型半导体接触能带图（,W,m,Ws，电子由半导体进入金属，在半导体表面形成电,6,（,2,）金属与,p,型半导体接触,W,m,W,s,，能带上升，空穴势阱，半导体表面是高电导压，为,p型反阻挡层,W,m,W,s,),(,W,m,Ws，能带上升，空穴势阱,7,3.表面态对接触势垒的影响（巴丁模型）,问题的提出：,不同金属与同一半导体接触,金属功函数相差很大，而势垒高度相差很小,理论上,实际中,金属一边的势垒高度应随金属功函数而变化,3.表面态对接触势垒的影响（巴丁模型）问题的提出：不同金属与,8,金属与半导体接触是不同物质之间的紧密接触,界面,半导体固有表面态,势垒或势阱高度与 有关,半导体表面态密度足够高，平衡时半导体费米能级被锁定在,巴丁模型,金属与半导体接触是不同物质之间的紧密接触 界面 半导体固有表,9,1,、,阻挡层的整流特性,外加电压对阻挡层的作用,Rectification Theory of Metal-Semiconductor Contact,1、阻挡层的整流特性 外加电压对阻挡,10,概念,整流理论是指阻挡层的整流理论,紧密接触的金属和半导体之间有外加电压,外加正向电压,V,于金属（,V0,），电压主要降落在高阻区域阻挡层上。原来半导体表面和内部之间的电势差，即表面势是,(V,s0,L,n,时,（,2,）热电子发射理论,x,d,Ln时,18,（,1,）扩散理论,n,型阻挡层，当势垒的宽度比电子的平均自由程大得多时(,x,d,L,n,)，电子通过势垒区要发生多次碰撞，这样的阻挡层称为,厚阻挡层-适用于扩散理论,L,n,:电子的平均自由程,X,d,:,势垒宽度,（1）扩散理论 n型阻挡层，当势垒的宽度比电子,19,势垒区存在电场，有电势的变化，载流子浓度不均匀。计算通过势垒的电流时，必须同时考虑漂移和扩散运动。,一般情况下，势垒高度远大于,k,0,T,时，势垒区可近似为一个耗尽层。在耗尽层中，载流子极少，它们对空间电荷的贡献可以忽略；杂质全部电离，空间电荷完全由电离杂质的电荷形成。n型半导体的耗尽层，耗尽层宽度,x,d,表示。,考虑半导体是均匀掺杂的，那么耗尽层中的电荷密度是均匀且等于qN,D,势垒区存在电场，有电势的变化，载流子浓度不均匀。计,20,势垒高度qV,D,k,0,T时，势垒区内的载流子浓度0,势垒高度qVDk0T时，势垒区内的载流子浓度,21,金属和半导体的接触-课件,22,势垒区的电势分布：半导体内电场为零，E(x,d,)=0；取金属费米能级位置为零电位，则V(0)=,ns,；,则边界条件为：,E(x,d,)=0,V(0)=,ns,；,势垒区的电势分布：半导体内电场为零，E(xd),23,V,D,Rectification Theory of Metal-Semiconductor Contact,0,V,VDRectification Theory of Meta,24,Rectification Theory of Metal-Semiconductor Contact,Rectification Theory of Metal-,25,Rectification Theory of Metal-Semiconductor Contact,Rectification Theory of Metal-,26,讨论：,Rectification Theory of Metal-Semiconductor Contact,讨论：Rectification Theory of Met,27,金属和半导体的接触-课件,28,金属和半导体的接触-课件,29,Thank you!,Thank you!,30,