半導(dǎo)體-金屬接觸特性測(cè)試技術(shù)

半導(dǎo)體—金屬接觸特性測(cè)試技術(shù)第一頁，共24頁。（1）功函數(shù)（2）半導(dǎo)體親和勢(shì)（能）（3）歐姆接觸與肖特基接觸（4）肖特基接觸勢(shì)壘第二頁，共24頁。（1）功函數(shù)功函數(shù)(workfunction)又稱逸出功，在固體物理中被定義成：把一個(gè)電子從固體內(nèi)部剛剛移到此物體表面所需的最少的能量。半導(dǎo)體功函數(shù)：真空中靜止電子的能量與半導(dǎo)體費(fèi)米能級(jí)的能量之差。單位：eV/電子伏特第三頁，共24頁。紫外光電子能譜（UPS）基本原理就是光電效應(yīng)：紫外光外層價(jià)電子自由光電子（激發(fā)態(tài)分子離子）原子的反沖能量電子結(jié)合能電子動(dòng)能能量關(guān)系可表示：

第四頁，共24頁。紫外光電子能譜（UPS）第五頁，共24頁。紫外光電子能譜（UPS）第六頁，共24頁。開爾文探針法（Kelvinprobeforcemicroscopy-KPFM）探針的參考電極(功函數(shù)已知)與樣品組成振動(dòng)式平板電容C，

由于兩電極的功函數(shù)不同而產(chǎn)生的接觸電勢(shì)差等效為：當(dāng)探針相對(duì)樣品振動(dòng)時(shí)，電容C的改變就會(huì)產(chǎn)生位移電流：對(duì)樣品外加一補(bǔ)償電壓使位移電流為零，此時(shí)的補(bǔ)償電壓值就是樣品與探針的功函數(shù)之差。Fig.2ElectronicenergylevelsofthesampleandAFMtipforthreecases:(a)tipandsampleareseparatedbydistancedwithnoelectricalcontact,(b)tipandsampleareinelectricalcontact,and(c)externalbias(Vdc)isappliedbetweentipandsampletonullifytheCPD第七頁，共24頁。開爾文探針法（Kelvinprobeforcemicroscopy-KPFM）不存在電子發(fā)射和收集過程，避免測(cè)量本身引起表面態(tài)的變化。測(cè)量精度高，對(duì)樣品表面無破壞。需要高真空環(huán)境，對(duì)探針的性能有較高要求。第八頁，共24頁。半導(dǎo)體親和勢(shì)半導(dǎo)體導(dǎo)帶底部到真空能級(jí)間的能量值，它表征材料在發(fā)生光電效應(yīng)時(shí)，電子逸出材料的難易程度。電子親和勢(shì)越小，就越容易逸出。

WI

由紫外光譜等方法可以測(cè)出禁帶寬度，由UPS可測(cè)出導(dǎo)帶底相對(duì)于費(fèi)米能級(jí)的位置。第九頁，共24頁。半導(dǎo)體親和勢(shì)

第十頁，共24頁。歐姆接觸與肖特基接觸第十一頁，共24頁。Pockels效應(yīng)是一種一次電光效應(yīng)，指的是：平面偏振光沿著處在外電場(chǎng)內(nèi)的壓電晶體的光軸傳播時(shí)發(fā)生雙折射現(xiàn)象，且兩個(gè)主折射率之差與外電場(chǎng)強(qiáng)度成正比。Pockels效應(yīng)測(cè)試第十二頁，共24頁。Pockels效應(yīng)測(cè)試第十三頁，共24頁。Au/CZT/AuPockels效應(yīng)測(cè)試第十四頁，共24頁。Pt/CdT/Pt600VIn/CdTe/Pt600V對(duì)于形成肖特基接觸的CdTe晶體，其內(nèi)電場(chǎng)在從陽極（In電極）到陰極（Pt電極）顯著的逐漸降低。這一現(xiàn)象是由于陽極的肖特基接觸勢(shì)壘所產(chǎn)生的反向電流使得空穴注入半導(dǎo)體，使得正空間電荷在陽極開始聚集。Pockels效應(yīng)測(cè)試第十五頁，共24頁。（4）肖特基接觸勢(shì)壘I-V法

第十六頁，共24頁。（4）肖特基接觸勢(shì)壘

第十七頁，共24頁。C-V法（4）肖特基接觸勢(shì)壘第十八頁，共24頁。

則勢(shì)壘高度可由下式求出由C-V法（4）肖特基接觸勢(shì)壘第十九頁，共24頁。

C-V法（4）肖特基接觸勢(shì)壘第二十頁，共24頁。在I-V測(cè)試中，電流依賴于界面結(jié)構(gòu)，接觸的橫向不均勻性使整流特性變差，而且電流中還包含熱電子發(fā)射以外的電流，這些都導(dǎo)致計(jì)算出來的結(jié)果與實(shí)際偏差很大。在C-V方法中，電容對(duì)于空間電荷區(qū)內(nèi)的勢(shì)壘漲落不敏感，會(huì)屏蔽空間電荷區(qū)的邊界，并且此方法是在整個(gè)接觸面上計(jì)算勢(shì)壘高度的，而通過界面的電流與勢(shì)壘高度成指數(shù)關(guān)系，因此它對(duì)界面處的勢(shì)壘分布非常敏感。對(duì)于能帶彎曲不均勻的界面以及空間電荷，不同方法計(jì)算出來的勢(shì)壘高度是不同的。（4）肖特基接觸勢(shì)壘第二十一頁，共24頁。（4）肖特基接觸勢(shì)壘同步輻射光電子能譜法（SRXPS）

同步輻射光電子能譜法（SRXPS）可以直接測(cè)算勢(shì)壘高度而不受金屬-半導(dǎo)體接觸界面的缺陷以及缺陷引起的空間電荷區(qū)變化的影響。在超高真空條件下對(duì)晶片進(jìn)行原位金屬沉積，根據(jù)金屬沉積前后芯能級(jí)的偏移來計(jì)算勢(shì)壘高度。接觸勢(shì)壘高度的計(jì)算公式為，式中，ΦB,p為接觸勢(shì)壘高度，EB為鍍金金屬后芯能級(jí)，EV-C為芯能級(jí)與價(jià)帶頂?shù)木嚯x。第二十二頁，共24頁。以CdZnTe晶體為例，利用同步輻射光電子能譜分別測(cè)量清潔的CdZnTe晶片和蒸Au后的晶體表面內(nèi)層Cd4d

芯能級(jí)和價(jià)帶結(jié)構(gòu)費(fèi)米邊ThephotoemissionspectraofcleanCdZnTe(110)surfacewithoutAuThephotoemissionspectraofcleanCdZnTe(110)surfacewithAu在CdZnTe(110)上得出EB和EV-C分別為11.377eV和10.63