第七章-金屬半導體接觸e

第七章金屬和半導體的接觸

1、金屬半導體接觸及其能級圖（1）金屬和半導體的功函數

在絕對零度時，金屬中的電子填滿了EF以下所有能級，而高于EF的能級則全空,在一定溫度下，只有EF附近的少數電子受熱激發(fā)，由低于EF的能級躍遷到高于EF的能級上，但絕大部分電子仍不能脫離金屬而逸出體外。

這說明金屬中的電子雖然能在金屬中自由運動，但絕大多數所處的能級都低于體外能級,要使電子從金屬中逸出，必須由外界給它足夠能量。所以，金屬內部電子是在勢阱中運動。金屬的功函數Wm金屬的功函數表示一個起始能量等于費米能級的電子，由金屬內部逸出到表面外的真空中所需要的最小能量。E0(EF)mWmE0為真空中電子的能量，又稱為真空能級。半導體的功函數WsE0與費米能級之差稱為半導體的功函數。Ec(EF)sEvE0χWsχ表示從Ec到E0的能量間隔：稱χ為電子的親和能，它表示要使半導體導帶底的電子逸出體外所需要的最小能量。EnEp式中：n型半導體：Ec(EF)sEvE0χWsEnEpp型半導體：Ec(EF)sEvE0χWsEnEpn型半導體：p型半導體：設想有一塊金屬和一塊n型半導體，并假定金屬的功函數大于半導體的功函數，即：（2）接觸電勢差接觸前：Ec(EF)sEvE0χWsEnWm(EF)m半導體中的電子金屬—+接觸后：半導體一邊的勢壘高度為：金屬一邊的勢壘高度為：EnEcEv(EF)sqVDqΦnsWmχ金屬與n型半導體接觸接觸電勢差Vs=Ws-WmWm>Ws→形成表面勢壘勢壘區(qū)電子濃度比體內小得多→高阻區(qū)(阻擋層)。界面處的勢壘通常稱為肖特基勢壘。若Wm<WsEc(EF)sEvE0χWsEnWm(EF)m金屬與n型半導體接觸時EnEcEv(EF)sqVDX-Wm能帶向下彎曲。這里電子濃度比體內大得多，因而是一個高電導的區(qū)域，稱之為反阻擋層。金屬與p型半導體接觸時，若Wm<Ws，形成空穴的表面勢壘。在勢壘區(qū)，空間電荷主要由電離受主形成，空穴濃度比體內小得多，也是一個高阻區(qū)域，形成P型阻擋層。金屬與p型半導體接觸時，若Wm>Ws，能帶向上彎曲，形成P型反阻擋層。n型p型Wm>Ws阻擋層反阻擋層Wm<Ws反阻擋層阻擋層上述金半接觸模型即為Schottky模型：金屬功函數對勢壘高度影響不大。不同金屬，雖功函數相差很大，但與半導體接觸形成勢壘的高度相差很小。半導體表面存在表面態(tài)。（3）表面態(tài)對接觸勢壘的影響2、金屬半導體接觸整流理論（1）阻擋層的整流作用以n型半導體為例：接觸電勢差VS<0勢壘高度qVD=-qVs外加一個正電壓V>0則勢壘高度降低為qVD，=-q(Vs+V)外加一個負電壓V<0，勢壘高度增加。Ec(EF)sqΦns-q(Vs+V)qVD（2）理論解釋①擴散理論對于n型阻擋層，當勢壘的寬度遠大于電子平均自由程，電子通過勢壘區(qū)發(fā)生多次碰撞，這樣的阻擋層稱為厚阻擋層。擴散理論適用于厚阻擋層。計算通過勢壘的電流時，必須同時考慮漂移和擴散運動。勢壘區(qū)的電勢分布是比較復雜的,當勢壘高度遠大于k0T時，勢壘區(qū)可近似為一個耗盡層。

②熱電子發(fā)射理論當n型阻擋層很薄，電子平均自由程遠大于勢壘寬度時，勢壘的高度起絕對作用。電流的計算歸結為計算超越勢壘的載流子數目。

③鏡像力和隧道效應的影響鏡像力的影響隧道效應的影響④肖特基勢壘二極管肖特基勢壘二極管：利用金屬-半導體整流接觸特性制成的二極管。肖特基勢壘二極管與pn結二極管的區(qū)別：（1）多數載流子器件和少數載流子器件（2）無電荷存貯效應和有電荷存貯效應（3）高頻特性好。（4）正向導通電壓小。3.1少數載流子的注入3.2歐姆接觸定義：不產生明顯的附加阻