第七章金属和半导体的接触

,*,电子工程系,EE,电子工程系,EE,1,电子工程系,EE,*,电子工程系,EE,*,电子工程系,EE,*,电子工程系,EE,*,电子工程系,EE,*,电子工程系,EE,*,电子工程系,EE,*,电子工程系,EE,*,电子工程系,EE,*,电子工程系,EE,*,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,W,m,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。,E,0,(E,F,),m,W,m,E,0,为真空中电子的能量，又称为真空能级。,3,半导体的功函数,W,s,E,0,与费米能级之差称为半导体的功函数。,表示从,E,c,到,E,0,的能量间隔：,称,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。,E,c,(E,F,),s,E,v,E,0,W,s,E,n,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,E,c,E,F,E,v,E,0,W,SP,E,P,E,g,5,二、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：,E,0,x,W,s,E,Fs,E,c,E,n,W,m,E,Fm,E,v,6,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,+,V,ms,称为金属与半导体,接触电势差,。,接触后：,E,0,x,W,s,E,Fs,E,c,E,n,W,m,E,Fm,E,v,V,ms,7,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,W,s,，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,。,E,c,E,F,E,n,qV,d,E,v,9,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,W,m,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。,E,c,E,F,W,s,-W,m,E,v,x-W,m,10,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,W,m,W,s,，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,W,m,W,s,阻挡层,反阻挡层,W,m,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,pn,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,型半导体的功函数表达式，金属与半导体接触电势差，,阻挡层接触，反阻挡层接触,阻挡层的整流特性（外加电压对阻挡层的作用）,肖特基势垒，肖特基势垒二极管,欧姆接触,，实现欧姆接触的方法,本章小结,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,