第7章 金屬和半導(dǎo)體的接觸 - 2012

1、第七章 金屬和半導(dǎo)體的接觸金屬和半導(dǎo)體的接觸Metal-Semiconductor Contact7.3 7.3 少數(shù)載流子的注入和歐姆接觸少數(shù)載流子的注入和歐姆接觸 1、金屬與半導(dǎo)體形成的金屬與半導(dǎo)體形成的肖持基接觸肖持基接觸和和歐姆接觸歐姆接觸，阻擋層阻擋層與與反阻擋層反阻擋層的形成；的形成； 2、肖特基接觸的電流肖特基接觸的電流電壓特性電壓特性擴散理論和熱電子發(fā)擴散理論和熱電子發(fā)射理論射理論，即肖特基勢壘的定量特性，即肖特基勢壘的定量特性耗盡層耗盡層 3、歐姆接觸的特性。、歐姆接觸的特性。兩個要點：兩個要點：功函數(shù)和禁帶寬度的不同金屬功函數(shù)和禁帶寬度的不同金屬/半導(dǎo)體接觸能帶圖的變化；半

2、導(dǎo)體接觸能帶圖的變化；肖特基接觸的整流特性即電流電壓肖特基接觸的整流特性即電流電壓I-V特性。特性。一、金屬和半導(dǎo)體的功函數(shù)一、金屬和半導(dǎo)體的功函數(shù)Wm 、Ws1 1、金屬的功函數(shù)、金屬的功函數(shù)Wm電子由金屬內(nèi)部逸出到表面外的真空中所需電子由金屬內(nèi)部逸出到表面外的真空中所需要的要的最小能量最小能量。E0(EF)mWm0()mFmWEE即：E0為真空中電子的能量，為真空中電子的能量，又稱為真空能級。又稱為真空能級。 金屬銫金屬銫Cs的功函數(shù)最低的功函數(shù)最低1.93eV，PtPt最高為最高為5.36eV6.1 金屬金屬-半導(dǎo)體接觸和能帶圖半導(dǎo)體接觸和能帶圖2 2、半導(dǎo)體的功函數(shù)、半導(dǎo)體的功函數(shù)Ws

3、E0與費米能級之差稱為半導(dǎo)與費米能級之差稱為半導(dǎo)體的功函數(shù)。體的功函數(shù)。0()sFsWEE即：用用表示從表示從Ec到到E0的能量間隔：的能量間隔：0cEE稱稱為電子的為電子的親和能親和能，它表示要使半導(dǎo)體，它表示要使半導(dǎo)體導(dǎo)帶導(dǎo)帶底底的電子逸出體外所需要的的電子逸出體外所需要的最小最小能量。能量。Ec(EF)sEvE0WsEn N型半導(dǎo)體：型半導(dǎo)體：scFnsWEEE式中：式中：()ncFsEEE P型半導(dǎo)體：型半導(dǎo)體：()pFsvEEE()soFsgpWEEEE式中：式中：Note: 半導(dǎo)體的費米能級隨雜質(zhì)濃度變化，所以，半導(dǎo)體的費米能級隨雜質(zhì)濃度變化，所以， Ws也和雜質(zhì)濃度有關(guān)也和雜質(zhì)濃

4、度有關(guān)。二、金屬與半導(dǎo)體的接觸及接觸電勢差二、金屬與半導(dǎo)體的接觸及接觸電勢差1. 阻擋層接觸阻擋層接觸設(shè)想有一塊金屬和一塊設(shè)想有一塊金屬和一塊N型型半導(dǎo)體，并假定半導(dǎo)體，并假定金屬的功函數(shù)大于半導(dǎo)體的功函數(shù)，即：金屬的功函數(shù)大于半導(dǎo)體的功函數(shù)，即：（1）msWW即半導(dǎo)體的費米能即半導(dǎo)體的費米能EFs高于金屬的費米能高于金屬的費米能EFm金屬的傳導(dǎo)電子的濃度金屬的傳導(dǎo)電子的濃度很高，很高，10221023cm-3半導(dǎo)體載流子的濃度比半導(dǎo)體載流子的濃度比較低較低，10101019cm-3金屬金屬n半導(dǎo)體半導(dǎo)體E0 xWsEFsEcEnWmEFmEv金屬半導(dǎo)體接觸前后能帶圖的變化：金屬半導(dǎo)體接觸前后

5、能帶圖的變化：WmEFmWsE0EcEFsEv接觸前接觸前 接觸前，半導(dǎo)體的費米能級高于金屬（相接觸前，半導(dǎo)體的費米能級高于金屬（相對于真空能級），半導(dǎo)體導(dǎo)帶的電子有向金屬對于真空能級），半導(dǎo)體導(dǎo)帶的電子有向金屬流動的趨勢流動的趨勢接觸時接觸時(導(dǎo)線連接導(dǎo)線連接)，費米能級一致，在兩類材料，費米能級一致，在兩類材料的表面形成電勢差的表面形成電勢差Vms。smmsmsWWVVVq接觸電勢差：接觸電勢差：E0 xWsEFsEcEnWmEFmEv- qVms- - -緊密接觸時，形成空間電荷區(qū)，接觸電勢差降落緊密接觸時，形成空間電荷區(qū)，接觸電勢差降落在空間電荷區(qū)在空間電荷區(qū) :半導(dǎo)體一邊的勢壘高度為

6、：半導(dǎo)體一邊的勢壘高度為：DsmsqVqVWW 金屬一邊的勢壘高度為：金屬一邊的勢壘高度為：mnDnsnmsnmqqVEqVEWWEW 半導(dǎo)體半導(dǎo)體體內(nèi)電場為零體內(nèi)電場為零，在，在空間空間電荷區(qū)電場電荷區(qū)電場方向由內(nèi)向外，半方向由內(nèi)向外，半導(dǎo)體導(dǎo)體表面勢表面勢Vs0nsq金屬一邊的勢壘高度為：金屬一邊的勢壘高度為：mnDnsnmsnmqqVEqVEWWEW nsqVsmqEFEvqVDEc內(nèi)建內(nèi)建EnsqWmmqEFEvqVDEc內(nèi)建內(nèi)建EnsqWm在勢壘區(qū)，空間電荷主要由電離施主形成，電子濃度在勢壘區(qū)，空間電荷主要由電離施主形成，電子濃度比體內(nèi)小得多，是一個高阻區(qū)域，稱為比體內(nèi)小得多，是一個

7、高阻區(qū)域，稱為阻擋層阻擋層。電子。電子必須跨越的界面處勢壘通常稱為必須跨越的界面處勢壘通常稱為肖特基勢壘（肖特基勢壘（Schottky barrier)金屬與金屬與N型半導(dǎo)體接觸時，若型半導(dǎo)體接觸時，若WmWs，電子向金屬流動，電子向金屬流動，穩(wěn)定時系統(tǒng)費米能級統(tǒng)一，在穩(wěn)定時系統(tǒng)費米能級統(tǒng)一，在半導(dǎo)體表面一層形成正的空間半導(dǎo)體表面一層形成正的空間電荷區(qū)，能帶向上彎曲，形成電荷區(qū)，能帶向上彎曲，形成電子的表面勢壘。電子的表面勢壘。EcEFEnqVdnsqEv金屬和金屬和p型半導(dǎo)體型半導(dǎo)體WmWs金屬與金屬與P型半導(dǎo)體型半導(dǎo)體, , WmWs阻擋層阻擋層2. 2. 反阻擋層接觸反阻擋層接觸金屬與金

8、屬與N型半導(dǎo)體接觸時，若型半導(dǎo)體接觸時，若Wm 0，能帶向下彎曲。，能帶向下彎曲。（1 1）金屬與）金屬與N型半導(dǎo)體接觸型半導(dǎo)體接觸WmEFmWsE0EcEFsEvEEcEFsEvmsDWWqVDx在半導(dǎo)體表面，相當(dāng)有個電子的勢阱在半導(dǎo)體表面，相當(dāng)有個電子的勢阱(積累區(qū)積累區(qū))，多子電子的濃，多子電子的濃度比體內(nèi)大得多，是一個高電導(dǎo)區(qū)，即度比體內(nèi)大得多，是一個高電導(dǎo)區(qū)，即電子反阻擋層電子反阻擋層。（2 2）金屬與）金屬與P型半導(dǎo)體接觸型半導(dǎo)體接觸金屬與金屬與P P型半導(dǎo)體接觸時，若型半導(dǎo)體接觸時，若WmWs，空穴將從金屬流向，空穴將從金屬流向半導(dǎo)體表面，在半導(dǎo)體表面形成半導(dǎo)體表面，在半導(dǎo)體表面

9、形成正的空間電荷區(qū)正的空間電荷區(qū)，電場方向由體，電場方向由體內(nèi)指向表面，內(nèi)指向表面，VsWs阻擋層阻擋層反阻擋層反阻擋層WmWsWmWs表面態(tài)提供電子流向金屬表面態(tài)提供電子流向金屬半導(dǎo)體半導(dǎo)體表面態(tài)密度很高表面態(tài)密度很高時時:表面態(tài)可放出足夠多的電子，表面態(tài)可放出足夠多的電子，幾乎不影響勢壘區(qū)，可以屏蔽幾乎不影響勢壘區(qū)，可以屏蔽金屬接觸的影響，半導(dǎo)體內(nèi)部金屬接觸的影響，半導(dǎo)體內(nèi)部的勢壘高度和金屬的功函數(shù)幾的勢壘高度和金屬的功函數(shù)幾乎無關(guān)，基本上由半導(dǎo)體表面乎無關(guān)，基本上由半導(dǎo)體表面的性質(zhì)決定的性質(zhì)決定-WmEcEFEnqVdEv+-1、阻擋層的整流特性、阻擋層的整流特性 外加電壓對阻擋層的作用

10、外加電壓對阻擋層的作用金屬金屬/n半導(dǎo)體接觸能帶圖半導(dǎo)體接觸能帶圖采用理想的模型，不考慮表面態(tài)的影響采用理想的模型，不考慮表面態(tài)的影響WmWsqnsWm-Ws=qVdWm-Ws=qVd金半接觸系統(tǒng)的阻擋層金半接觸系統(tǒng)的阻擋層 沒有凈電流沒有凈電流0mssmJJJ凈電流：凈電流：不外加電壓，處于平衡：不外加電壓，處于平衡：JmsJsmqqnsnsWm-Ws= qVdWm-Ws=qVdqVd= - q(Vs)0半導(dǎo)體邊勢壘：半導(dǎo)體邊勢壘：qns外加正電壓，半導(dǎo)體邊勢壘減小外加正電壓，半導(dǎo)體邊勢壘減小外加負電壓，半導(dǎo)體邊勢壘增加外加負電壓，半導(dǎo)體邊勢壘增加qnsq(Vd-V)q(Vd+V)半導(dǎo)體邊勢

11、壘：半導(dǎo)體邊勢壘：q(Vd -V）= - q(Vs)0+V半導(dǎo)體邊勢壘：半導(dǎo)體邊勢壘：半導(dǎo)體邊勢壘：半導(dǎo)體邊勢壘：q(Vd +V）= - q(Vs)0 - V外加電壓時：外加電壓時：金屬邊的勢壘不隨外加電壓變化金屬邊的勢壘不隨外加電壓變化加上正向電壓在加上正向電壓在n型阻擋層型阻擋層(金屬一邊為正金屬一邊為正)時：時：半導(dǎo)體一邊的電子勢壘高度減半導(dǎo)體一邊的電子勢壘高度減低，勢壘寬度減薄，多子電子低，勢壘寬度減薄，多子電子從半導(dǎo)體流向金屬的數(shù)目變多從半導(dǎo)體流向金屬的數(shù)目變多mssmJJ從金屬流向半導(dǎo)體的正向電流從金屬流向半導(dǎo)體的正向電流變大變大隨電壓增加而變得越大隨電壓增加而變得越大外加電壓時：

12、外加電壓時：q(Vd -V）= - q(Vs)0+V金屬邊的勢壘不隨外加電壓變化金屬邊的勢壘不隨外加電壓變化半導(dǎo)體邊勢壘：半導(dǎo)體邊勢壘：q(Vd-V)加上反向電壓（金屬一邊為負）時：加上反向電壓（金屬一邊為負）時：半導(dǎo)體一邊的電子的勢壘高度增半導(dǎo)體一邊的電子的勢壘高度增加，半導(dǎo)體到金屬的電子數(shù)目減加，半導(dǎo)體到金屬的電子數(shù)目減少，相反金屬到半導(dǎo)體的電子流少，相反金屬到半導(dǎo)體的電子流占優(yōu)勢，形成占優(yōu)勢，形成由半導(dǎo)體到金屬的由半導(dǎo)體到金屬的反向電流反向電流。進一步增加反向電壓進一步增加反向電壓smmJJs金屬到半導(dǎo)體的勢壘高，金屬到半導(dǎo)體的勢壘高，反向電反向電流小，且與外加電壓無關(guān)，隨電流小，且與外

13、加電壓無關(guān)，隨電壓增加而飽和壓增加而飽和q(Vd +V）= - q(Vs)0 - V半導(dǎo)體邊勢壘：半導(dǎo)體邊勢壘：nsqq(Vd+V)不論電子阻擋層，還是空穴阻擋層，不論電子阻擋層，還是空穴阻擋層，正向電流都是正向電流都是多數(shù)載流子從半導(dǎo)體流向金屬多數(shù)載流子從半導(dǎo)體流向金屬肖特基結(jié)的整流特性肖特基結(jié)的整流特性1expkTqVJJo勢壘區(qū)中存在電場，有勢壘區(qū)中存在電場，有電勢的變化，導(dǎo)致載流電勢的變化，導(dǎo)致載流子濃度的不均勻。計算子濃度的不均勻。計算通過通過厚阻擋層厚阻擋層勢壘的電勢壘的電流時，流時，必須同時考慮漂必須同時考慮漂移和擴散運動移和擴散運動。2、整流理論、整流理論I-V特性特性對于對于

14、n型阻擋層，當(dāng)勢壘寬度比電子的平均自由程大得多，型阻擋層，當(dāng)勢壘寬度比電子的平均自由程大得多，即即xd ln時，電子通過勢壘區(qū)將發(fā)生多次碰撞時，電子通過勢壘區(qū)將發(fā)生多次碰撞厚阻擋層厚阻擋層。擴散理論適用于厚阻擋層。擴散理論適用于厚阻擋層。簡化模型簡化模型 (耗盡層近似耗盡層近似)：勢壘高度勢壘高度qVDk0T勢壘區(qū)勢壘區(qū)內(nèi)的載流子濃度內(nèi)的載流子濃度0空間電荷完全由電離雜質(zhì)電荷形成空間電荷完全由電離雜質(zhì)電荷形成均勻摻雜均勻摻雜0N型半導(dǎo)體的耗盡層型半導(dǎo)體的耗盡層xd ：耗盡層的寬度：耗盡層的寬度ND：是施主摻雜濃度是施主摻雜濃度 電勢在半導(dǎo)體中的分布電勢在半導(dǎo)體中的分布EF0 xdxVmetal

15、semiconductorSpace charge regionqF FnsEn qF Fn qVs qVD耗盡層耗盡層1xx0 xx0qNddD 則電荷密度分布：則電荷密度分布： 2022 rdxVd代入泊松方程30qN0D22 rdxVd即邊界條件：半導(dǎo)體內(nèi)部電場為零半導(dǎo)體內(nèi)部電場為零以金屬費米能級處為電勢零點以金屬費米能級處為電勢零點(-EFm/q)0)(dxxddxdVxEnsV)0()()(0drDxxqNdxdVxEnsdrDxxxqNxV)21()(20積分得：1xx0 xx0qNddD 積分得：電場分布電勢分布外加電壓外加電壓V在金屬上在金屬上: : ( )()7dnVxV 8

16、nsnDV dnsDV xVV2012DDdrqNVVx dxx在時0VEFnsqFDqVxdnnqE dnsDV xV V 2012DDdrq NV Vx 故故D00qN2VVxsrd所以0sDVV又當(dāng)表面勢外加電壓當(dāng)表面勢外加電壓V和表面勢同號時，和表面勢同號時，勢壘高度勢壘高度提提高、高、勢壘寬度勢壘寬度變大。變大。由此可見由此可見, xd 隨外加電壓的變化而變隨外加電壓的變化而變化化勢壘寬度勢壘寬度 xd ： 通過勢壘的電流密度：通過勢壘的電流密度：漂移電流漂移電流擴散電流擴散電流電流密度：電流密度：0nnqDk TdxdVxE)(代入：代入： 100 dxxdndxxdVTkxqnq

17、DnJ dxxdnDxExnqJnn因此)(xE000( )( )( )( )exp ( )expexpnqV xdqV xqV xdn xJqD n xk Tdxk Tk Tdx兩邊同時乘因子兩邊同時乘因子0( )( )expndqV xqDn xdxk T在穩(wěn)定的情況下，在穩(wěn)定的情況下，J 是與是與 x 無關(guān)的常數(shù)無關(guān)的常數(shù)000()()()()e x p ()e x p e x p nq V xd q V x q V xd n xJq D n xk T d x k T k Td x ddxnxTkxqVxnqDdxTkxqVJ0000)(exp)()(exp(xd 處處(已到半導(dǎo)體體內(nèi)已

18、到半導(dǎo)體體內(nèi)):x = 0 處處(半導(dǎo)體表面半導(dǎo)體表面): 1312en0n0VeNnxnx2qNxVeTkVq0nsTkqc0dns2d0rDdTkXqV00s0n0和，并利用邊界條件在等式兩邊同乘因子000000() ()ex p ex pex p ()1(1 1)dxn ssnqVq Vxq VJd xq D nk Tk Tk T式 1312en0n0VeNnxnx2qNxVeTkVq0nsTkqc0dns2d0rDdTkXqV00s0n0 和，并利用邊界條件在等式兩邊同乘因子用用耗盡層近似耗盡層近似求積分求積分 J201( )()2DdnsrqNV xxxx 電勢分布：電勢分布：在勢壘

19、高度大于在勢壘高度大于 k0T 時，時，積分主要決定于積分主要決定于x=0附近的電勢值，去掉附近的電勢值，去掉x2 項項 nsd0rDxxqNxV0 x 附近取在)exp(1)exp()(exp(0022020000rDnsdDrxTkxNqTkqxNqTkdxTkxqVdddxTkxqVdx00)(exp(隨隨 x 增大而急劇減??！增大而急劇減?。kVVqs00)(由由)exp()(exp(020000TkqxNqTkdxTkxqVnsdDrxd D00qN2VVxsrd所以)exp()(exp(020000TkqxNqTkdxTkxqVnsdDrxd000000()()e x p e x

20、 pe x p ()1(1 1)dxn ssnqVq Vxq VJd xq Dnk Tk Tk T式代入到：代入到： D00qN2VVxsrd所以把積分函數(shù)和把積分函數(shù)和 xd 的表達式的表達式可得到電流密度為：可得到電流密度為： 1310 TkqVeJJSD得到 142qN00D TkDqVeVVJDrSD其中其中，其中，00nqn02DDrJEqNVV 具有電場強度的量綱 J-V特性討論：特性討論：其大小主要決定于其大小主要決定于指數(shù)因子指數(shù)因子(1) V0時：時：1exp0TkqVJJSDTkqVJJSD0exp(2) Vk0T：如果如果qVk0T：SDJJ金半接觸伏安特性金半接觸伏安特

21、性JSD 隨電壓而緩慢變化，但并隨電壓而緩慢變化，但并不趨于定值，即沒有飽和不趨于定值，即沒有飽和氧化亞銅，遷移率較小，即平氧化亞銅，遷移率較小，即平均自由程較短，擴散理論適用均自由程較短，擴散理論適用例：例：電阻率為電阻率為10cm的的n型型Ge和金屬接觸形成的和金屬接觸形成的肖特基勢壘高度為肖特基勢壘高度為0.3eV,求加上求加上5V反向電壓時的空反向電壓時的空間電荷層厚度及空間電荷間電荷層厚度及空間電荷層內(nèi)最大電場強度。層內(nèi)最大電場強度。解：解：當(dāng)當(dāng)=10cm時，計算得時，計算得ND=1.61014cm-3， 因為因為q ns=0.3eV，所以所以 : :加上加上5V反向電壓后反向電壓后

22、 0ln0.29nCFDNcEEEk TeVNeVqEVVnsnDs1 . 0/)(0mqNVVxDsrd76. 7)(22/1007.56 mcmVxqNErdD/1035. 1)0(40熱電子發(fā)射熱電子發(fā)射Thermionic electron emission in a vacuum tubekTWTBJmoexp2mW決定作用是勢壘高度，而不是決定作用是勢壘高度，而不是寬度。當(dāng)電子具有足夠能量寬度。當(dāng)電子具有足夠能量E時才能越過勢壘頂部，電子可時才能越過勢壘頂部，電子可以自由越過勢壘進入另一邊。以自由越過勢壘進入另一邊。電流密度的計算即電流密度的計算即求越過勢壘求越過勢壘的載流子數(shù)目的

23、載流子數(shù)目。 當(dāng)當(dāng)n n型阻擋層很薄型阻擋層很薄時，電子的平均自由程大于勢壘寬度時，電子的平均自由程大于勢壘寬度, ,擴擴散理論不再適用。散理論不再適用。電子通過勢壘區(qū)的碰撞可以忽略。電子通過勢壘區(qū)的碰撞可以忽略。W qVD有外加電壓，有外加電壓，E q(VD-V)非簡并半導(dǎo)體的非簡并半導(dǎo)體的n型阻擋層為例，型阻擋層為例，qVD k0T，通過勢壘，通過勢壘交換的電子很少，體內(nèi)的電子濃度視為常數(shù)，與電流無關(guān)。交換的電子很少，體內(nèi)的電子濃度視為常數(shù)，與電流無關(guān)。qns-qVs=qVdqVdI電流的正方向是從金屬電流的正方向是從金屬到半導(dǎo)體到半導(dǎo)體 Jsm（正向電流）（正向電流）電子從半導(dǎo)體向金屬發(fā)

24、射電子從半導(dǎo)體向金屬發(fā)射dnqJxmsn為能量高于為能量高于Ec+qVd的熱電的熱電子數(shù)，子數(shù)，dn為為 dE 內(nèi)的電子數(shù)內(nèi)的電子數(shù)dE 3212* vmEEnc利用 2240021323*dEeEEehmTkEEcTkEEncFc非簡并半導(dǎo)體非簡并半導(dǎo)體,分布函數(shù)為分布函數(shù)為Boltzmann分布，分布，故：故：dEeEEhmTkEEcnF021323*24dn 3212* vmEEnc利用4* vdvmdEn dEEfEgdn 又：又：TkEEcFceNn00又TkEEnFcehTkm03230*22dveTkmndnTkvmnn02*2230*02則 520222*2230*0 zyxT

25、kvvvmndvdvdveTkmnzyxn單位截面秒 11xvdndN 620222*2230*0 zyxxTkvvvmndvdvdvveTkmnzyxnVVqvm21D2x*n到達界面的電子的動能vx正方向為垂直于半導(dǎo)體指向金屬正方向為垂直于半導(dǎo)體指向金屬界面的方向。界面的方向。單位時間，通過單位截面積，在單位時間，通過單位截面積，在11vx體積內(nèi)的電子可到達界面體積內(nèi)的電子可到達界面Metal Semivx1vxVVqvm21D2x*n到達界面的電子的動能要越過勢壘，要越過勢壘， 7002* TkqVTkqeeTAns*2minnDxmVVqv即電子的最小速度電子流密度：電子流密度：203

26、4nq mkAh其 中 ，有 效 理 查 遜 常 數(shù)dnqJxms00222*20*02xzyxnvxTkvvvmxyyndvevdvdvTkmqnz2034nqmkAh其中，有效理查遜常數(shù) 902* TkqnseTA Jms時（反向電流）時（反向電流）qns-qVs=qVDqVDI金屬到半導(dǎo)體的勢壘高金屬到半導(dǎo)體的勢壘高度度qns不隨外加電壓變不隨外加電壓變化化，故，故 Jms 是常量。是常量。平衡時平衡時(V=0):Jms = - JsmJmssmmsJJJ 1102* TkqSTnseTAJ其中 1010 TkqVSTeJns 是金屬一邊的電子勢壘是金屬一邊的電子勢壘 總的電流密度總的電

27、流密度J 擴散理論與熱電子發(fā)射理論之比較：擴散理論與熱電子發(fā)射理論之比較：0exp() 1 ,SDSDqVJ JJVkT0e x p ( ) 1 ,S TS Tq VJ JJkT和 外 加 電 壓 無 關(guān) 142qN00D TkDqVeVVJDrSD其中 1102* TkqSTnseTAJ其中擴散理論擴散理論熱電子發(fā)射理論熱電子發(fā)射理論JSD 隨外加電壓變化隨外加電壓變化對溫度敏感不如對溫度敏感不如JSTJST 與外加電壓無關(guān)與外加電壓無關(guān)對溫度很敏感對溫度很敏感xd lnxd xm：qqnsqmx*nsq*DqV鏡像勢能鏡像勢能EF鏡像力對勢壘的影響鏡像力對勢壘的影響 外加電壓時外加電壓時勢

28、壘極大值的位置為：勢壘極大值的位置為：鏡像力引入的勢壘與鏡像力引入的勢壘與qns 相比很小，勢壘高度相比很小，勢壘高度-qV(xm)。所以：所以：qnsqmx*nsq*DqV鏡像勢能鏡像勢能EF又又 2xmxd x2m121(5)4()mD doxN xdmrDnsmxxNqqxqV02)(近似采用平衡時的結(jié)果近似采用平衡時的結(jié)果)(mxqVqxm處的電勢降落則在dmrDxxNq02 mnsxVqqqnsqmx*nsq*DqV鏡像勢能鏡像勢能EF 6241430327VVNqDrDq 9qN2D0 VVDrxd偏離理想增大時理想減小時VVqVqV00增大降落值高時將導(dǎo)致勢壘最高點可見反向偏壓和

29、摻雜較q反向Jq 6241430327VVNqDrDq當(dāng)反向電壓當(dāng)反向電壓 |V|VD 時，鏡像力的作用明顯！時，鏡像力的作用明顯！ 隧道效應(yīng)隧道效應(yīng)：能量低于勢壘頂?shù)碾娮?，有一定的幾率：能量低于勢壘頂?shù)碾娮?，有一定的幾率穿過這個勢壘。穿過這個勢壘。決定隧道穿透幾率的決定隧道穿透幾率的兩個因素：兩個因素：（a a）勢壘高度）勢壘高度（b b）隧道厚度）隧道厚度簡化模型：簡化模型：勢壘厚度勢壘厚度xd大于臨界值大于臨界值xc ，電子完全不能，電子完全不能穿過；小于穿過；小于xc勢壘對電子完全透明勢壘對電子完全透明,電子可以直接通過電子可以直接通過!cEFExc勢壘高度的減低勢壘高度的減低2012

30、DdnsrqNVxxx 如如xcxd，x=xc金屬一邊金屬一邊的有效勢壘為的有效勢壘為 ( x=xc )： 723032 VVNqxqDrDcns20()Dcnsdcrq NqV xqx x 0VEFnsqFnqFDqVxcq q?隧道效應(yīng)引起的勢壘的減低為：隧道效應(yīng)引起的勢壘的減低為：偏離理想增大時理想減小時VVqVqV00隨反向電壓增加而增大，并且反向電壓較高時，隨反向電壓增加而增大，并且反向電壓較高時，勢壘減低才明顯。勢壘減低才明顯。鏡像力和隧道效應(yīng)對鏡像力和隧道效應(yīng)對I-VI-V特性的作用基本相同，對特性的作用基本相同，對反向特性影響顯著，引起勢壘減低反向電流增加反向特性影響顯著，引起

31、勢壘減低反向電流增加1/ 2302()DDcrq NVVx q q? = = 142qN00D TkDqVeVVJDrSD其中 1102* TkqSTnseTAJ其中JSD = ?JST = ?考慮鏡像力、隧道效應(yīng)后的反向飽和電流：考慮鏡像力、隧道效應(yīng)后的反向飽和電流：例：例：有一塊施主濃度有一塊施主濃度ND=1016/cm3的的n型鍺材料，其型鍺材料，其(111)面與金屬接觸制成肖特基二極管，已知面與金屬接觸制成肖特基二極管，已知VD=0.4V，考慮鏡，考慮鏡像力影響時，求加上像力影響時，求加上0.3V電壓時的正向電流密度。電壓時的正向電流密度。解：解：鏡像力影響導(dǎo)致的勢壘高度降低量為：鏡像

32、力影響導(dǎo)致的勢壘高度降低量為：)(006. 0)(103 . 9)(2412230327eVJVVNqqDrD半導(dǎo)體側(cè)實際勢壘高度：半導(dǎo)體側(cè)實際勢壘高度：)(394. 0)(eVVqD金屬側(cè)勢壘高度：金屬側(cè)勢壘高度：)(18. 0ln00eVnNTkEEEcFcn)(574. 0)(eVEVqqnDns 1102* TkqSTnseTAJ其中A* = 1.11 A0e x p ( ) 1 ,S TS Tq VJ JJkT和 外 加 電 壓 無 關(guān))/(8 .3163cmA6.3 少數(shù)載流子的注入和歐姆接觸少數(shù)載流子的注入和歐姆接觸1、少數(shù)載流子的注入、少數(shù)載流子的注入對對n型阻擋層，對少子型阻

33、擋層，對少子空穴空穴就是積累層，在勢壘區(qū)表面空穴就是積累層，在勢壘區(qū)表面空穴濃度最大：濃度最大：(0)exp()DoqVppkT由表面向內(nèi)部擴散，平衡時被電場抵消。由表面向內(nèi)部擴散，平衡時被電場抵消。vEcEFsEFmEEVJn在在正向電壓正向電壓時，空穴擴散電流和電子電流方時，空穴擴散電流和電子電流方向一致。部分正向電流由少子貢獻。向一致。部分正向電流由少子貢獻。1eepqv1epLDqJTkqVTkqVsdTkqV0ppp00D0少子擴散流1. 決定于阻擋層中空穴的濃度。決定于阻擋層中空穴的濃度。勢壘很高時，接觸表面空穴濃度勢壘很高時，接觸表面空穴濃度很高。很高。2. 受擴散能力的影響。在

34、正向電受擴散能力的影響。在正向電壓時，空穴流向半導(dǎo)體體內(nèi)，在壓時，空穴流向半導(dǎo)體體內(nèi)，在阻擋層形成一定的積累，然后靠阻擋層形成一定的積累，然后靠擴散進入半導(dǎo)體體內(nèi)。擴散進入半導(dǎo)體體內(nèi)。注入比注入比 g g ： 在加正向電壓時，少子電流和總電流的比在加正向電壓時，少子電流和總電流的比在大電流時，注入比隨電流密度的增加而增大在大電流時，注入比隨電流密度的增加而增大少子空穴電流的大?。荷僮涌昭娏鞯拇笮。?/(/pnppJJJJJgEcEFEVqVDEcEVEc(0)EV(0)qVD2、歐姆接觸、歐姆接觸定義定義：金：金/半接觸的半接觸的非整流接觸非整流接觸：不產(chǎn)生明顯的附加：不產(chǎn)生明顯的附加電阻，不會使半導(dǎo)體體內(nèi)的平衡載流子濃度發(fā)生明電阻，不會使半導(dǎo)體體內(nèi)的平衡載流子濃度發(fā)生明顯