電子工程物理基礎v1.1(5-2)2014

1、唐潔影唐潔影東南大學電子科學與工程學院東南大學電子科學與工程學院第第5 5章章 半導體中電子的控制半導體中電子的控制5.1 半導體與外界作用5.2 半導體與半導體5.3 半導體與金屬5.4 半導體與絕緣體5.3 5.3 半導體與金屬半導體與金屬（metal-semiconductor contact）s sm ms sm ms sm ms sm mW WW WW WW WP P型型半半導導體體金金屬屬W WW WW WW Wn n型型半半導導體體金金屬屬四四種種類類型型功函數功函數電子親和能1. 能帶圖能帶圖(1) M-S(n型型), WmWsnsDssnsDssmsmsqqqVWqVWWWn

2、型阻擋層型阻擋層D Dm ms sq qV VW WW W電子耗盡電子耗盡(2) M-S(n型型) , WmWsm ms ss ss sD Dnsnsm ms sD DW WW WqVqVq qW WW WqVqV)(n型反阻擋層型反阻擋層(3) M-S(p型型) , WmWsp型反阻擋層型反阻擋層s sm ms ss sD Dpspss sm mD D- -W WW WqVqVq qW WW WqVqV)(P型半導體的價帶電型半導體的價帶電子向金屬一側轉移子向金屬一側轉移n型阻擋層型阻擋層p型阻擋層型阻擋層n型反阻擋層型反阻擋層p型反阻擋層型反阻擋層肖肖特特基基勢勢壘壘高導層高導層整整流流接

3、接觸觸非非整整流流接接觸觸歐姆接觸?電子耗盡電子耗盡空穴耗盡空穴耗盡勢壘高度隨外加正電壓的勢壘高度隨外加正電壓的增加而降低增加而降低, ,因此由半導體因此由半導體流向金屬的凈電子流增加流向金屬的凈電子流增加, ,且按指數增加。且按指數增加。金-半接觸平衡時金-半接觸非平衡時凈電流凈電流=0=0（對阻擋層而言）（對阻擋層而言）（1）加正電壓）加正電壓（削弱內建電場）（削弱內建電場）2. 整流特性整流特性jm-s=js-mjs-mjm-s以以n型阻擋層為例型阻擋層為例（金屬接（金屬接“+”）（2）加反向電壓（金屬接）加反向電壓（金屬接“”）勢壘高度隨外加反電壓的增加而身升高勢壘高度隨外加反電壓的增

4、加而身升高, ,因而因而從半導體到金屬的從半導體到金屬的電子減少電子減少, ,反向電流變大，主要由金屬到半導體的電子流構成。反向電流變大，主要由金屬到半導體的電子流構成。反向電流反向電流jm-s-js-m反向電壓繼續(xù)增大，致使反向電壓繼續(xù)增大，致使j js-ms-m近似為零近似為零，反向電流趨于飽和。反向電流趨于飽和。jm-s恒定恒定不變不變j js-ms-m加反向加反向電壓電壓Vt 肖特基結具有整流特性肖特基結具有整流特性3.肖特基勢壘二極管肖特基勢壘二極管(1) 結構結構光刻產生的陡削的邊沿光刻產生的陡削的邊沿Si-SiOSi-SiO2 2界面存在正固定電荷界面存在正固定電荷拐角處有過拐角

5、處有過量的電流量的電流(2)(2)與與p-np-n結二極管的比較結二極管的比較主要特點是主要特點是: :1.SDB1.SDB是多數載流子器件是多數載流子器件, ,而而p-np-n結二極管電流取決于非平衡少數載流子結二極管電流取決于非平衡少數載流子的擴散運動的擴散運動. . 2. p-n2. p-n結二極管中結二極管中, ,少數載流子注入造成非平衡載流子在勢壘區(qū)兩側界少數載流子注入造成非平衡載流子在勢壘區(qū)兩側界面的積累面的積累, ,外加電壓變化外加電壓變化, ,電荷積累和消失需有一弛豫過程電荷積累和消失需有一弛豫過程( (電荷存儲效電荷存儲效應應),),嚴重影響了嚴重影響了p-np-n結二極管的

6、高頻性能結二極管的高頻性能. .SDBSDB器件不發(fā)生電荷存儲現象器件不發(fā)生電荷存儲現象, ,使得它在使得它在高頻、高速高頻、高速器件中有重要作用。器件中有重要作用。邊擴散邊復合3.SDB3.SDB的正向開啟電壓比的正向開啟電壓比p-np-n的低；而反向飽和電流比的低；而反向飽和電流比p-np-n的的大。大。這是因為多數載流子電流遠高于少數載流子電流。這是因為多數載流子電流遠高于少數載流子電流。Vt Vt p-nSDB(Js)SDB (Js)p-n4.歐姆接觸（歐姆接觸（Ohmic Contact） 由于由于表面態(tài)的影響表面態(tài)的影響，難以通過選擇金屬的功函數來實現，難以通過選擇金屬的功函數來實

7、現歐歐姆接觸（理論上說，姆接觸（理論上說，WmWns WmWpsWmWps可形成反阻擋層）?？尚纬煞醋钃鯇樱?。 在生產實際中，主要是利用隧道效應的原理在半導體上制造在生產實際中，主要是利用隧道效應的原理在半導體上制造歐姆接觸歐姆接觸。采用重摻雜半導體與金屬接觸采用重摻雜半導體與金屬接觸。 從電學上講，理想的歐姆接觸的接觸電阻應當很小，同時還從電學上講，理想的歐姆接觸的接觸電阻應當很小，同時還應具有線性的和對稱的電流應具有線性的和對稱的電流電壓關系。電壓關系。n型反阻擋層型反阻擋層p型反阻擋層型反阻擋層（1）表面態(tài)對接觸勢壘的影響）表面態(tài)對接觸勢壘的影響三三.表面態(tài)表面態(tài)表面的硅原子存在不飽和表面的硅原子存在不飽和鍵（懸掛鍵）。鍵（懸掛鍵）。晶體缺陷或吸附原子晶體缺陷或吸附原子引起表面態(tài)引起表面態(tài)施主型施主型受主型受主型表面能態(tài)被電子占據時呈電中性，施放電子后呈正電性。表面能態(tài)空著時呈電中性，接受電子后呈負電性。硅表面存在懸掛鍵在半導體的表面，由于存在自身缺陷、吸附物質、氧化物或與電解液中的物質發(fā)生作用等原因，表面電子之量子狀態(tài)會形成分立的能級或很窄的能帶，稱為表面態(tài)。它可以俘獲或釋放載流子，或形成復合中心，使半導體帶有表面電荷，影響其電性能。WmWsWmWs（2）歐姆接觸的實現）