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半导体物理学
第七章金属和半导体的接触
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§7. 1 金属—半导体接触及能级图 金属—半导体接触
欧姆接触
欧姆接触：
肖特基接触：
11.金属和半导体的功函数概念
离化能：
功函数W：
真空电子能级E
：
金属的功函数W
m
费米能级E
F 1.
2.
3.功函数
W m=E0−(E F)m
4.
随着原子序数的递增功函数呈现周期性变化随着原子序数的递增，功函数呈现周期性变化
半导体的功函数W s
半导体功函数电亲合能W s =E 0−(E F )s
电子亲合能W s =χ+[E c −(E F )s
]
En
表7-1
22.接触电势差
接触电势差:
由于接触而产生的电势差
W
′
表面势V s ：半导体表面和内部之间的电势差
金属一边的势垒高度为：金属
边的势垒高度为：
W W −s m s D W W qV qV −=−=
反阻挡层阻挡层
p型阻挡层p
型反阻挡层
肖特基接触和势垒高度
肖特和势高度
形成阻挡层，金属边的势垒高度为
形成阻挡层金属一边的
肖特基接触，具有整流特性
金‐半接触和p ‐n 结接触比较p ‐n 结金‐半
p +n
结p
F n F D qV )E ()E (−
=
肖特基模型
33.表面态对接触势垒的影响
表面态
表面态与表面能级
施主与受主表面态
qφ0约为禁带宽度的三分之一
表面态钉扎(pinned)
能带向上弯去
n D E q E qV −−=0φg
势垒高度只与表面态相关，被高表面态密度钉扎
高表面态密度半导体与金属接触
当半导体的表面态密度很高时，由于它可屏
蔽金属接触的影响，使半导体内的势垒高蔽金属接触的影响使半导体内的势垒高
度和金属功函数几乎无关，而基本上由半
导体的表面性质所决定，接触电势差全部导体的表面性质所决定接触电势差全部降落在两个表面之间。

导
§7. 2金属半导体接触整流理论
外加电压对n型阻挡层的影响
阻挡层是一个高阻区域，因此电压主要降落在阻挡层上阻挡层是一个高阻区域因此电压主要降落在阻挡层上
V
< 0
s
两者不再处于平衡态没有统的费米能级半导体内部和金两者不再处于平衡态，没有统一的费米能级、半导体内部和金属费米能级之差，等于有外加电压所引起的静电势能差。

金-半(n型)肖特基接触的整流作用
-q((V s)0+V)
p
型阻挡层
1 1.
扩散理论
适用于厚阻挡层的理论
2(0
)D qN x x d V
⎧−≤≤020 ()
d r d dx x x εε⎪=⎨⎪>⎩
()0
d
d x x E x dV dx
==−=n 型半导体中的耗尽层
(0)ns
V φ=−N dV ()1qN
x qN ()(),d n ns n D
V x V V φφφ=−+=+而d ⎨⎬
肖特基
002()r s qN V x εε⎩⎭
肖特基势垒
势垒
x ==−⎢⎥
J n x E x D d =+
[()()][]
n n
q dx
qD d d
μ=+n k T dx dx qN 2()D q
V x x q φ=−()exp()
n n x n N φ==−
0n n T =(0)exp()n n =k exp[exp [exp(1]J dx qD n −=−0(
)p(k T [[()1]d x V qV x qV d D ⎧⎫+00p[]p [p()]n q k T k T k T ⎨⎬∫0[()]()exp[]exp [exp(ns s q q q J dx qD n φ−=−⎨⎬∫D N V ⎧1/2
2
2q N q qN qV φ⎫⎧⎫⎡⎤0⎣⎦
⎢⎥
0k T ⎣
⎦
s
s
扩散理论适用载流子迁移率较小(平均自由程较短)的半导体，如Cu O 。

2、热电子发射理论
半导体内部的电子只要有足够的能量超越势垒的顶点，就可以自由地通过阻挡层进入金属同样金属中能超越势垒顶地电子也能到达挡层进入金属，同样，金属中能超越势垒顶地电子也能到达
半导体内。

−12
*(2)
4()exp()n E
m E E dn E E dE
π
=−−32(2)m E E E E −−
*2*
1,2c n n E E m v dE m vdv
−==⎛⎞24exp()n n m m v
dn n v dv π=−
麦
氏气体分子速率分布公式exp[
dN n v dv dv dv =−0p[]22x x y z k T k T π⎜⎟
03
22
x
k T k T π00⎝⎠
00h k T k T A*为有效理查
00k T k T
φ
热电子发射理论适用载流子迁移率较高(平均自由程较大)的半导体，如Ge, Si, GaAs。

3、镜像力和隧道效应的影响
镜象力的影响
个在金属外面的电 真空系统中，一个在金属外面的电
镜象力大小为：
隧道效应的影响
隧道效应引起的势垒降低
镜象力和隧道效应对反向特性的影响特别显著，它们引起势垒高度的降低，使反向电流增加，而且随反向电压的提高，势垒降低更显著，反向电流也增加得更多。

与实验符合。

肖特基势垒二极管特
7.3 少数载流子的注入和欧姆接触
1、少数载流子的注入
D n 少数载流子部
D p
分正向电流是由少数载流子空穴载
荷的。

少数载流子注入比少数载子注
不产生明显的附加阻抗，不会使半导体内部的载流子浓度发生显著的改变的接触内部的载流子浓度发生显著的改变的接触。

反阻挡层反阻挡层。

反阻挡层没有整流作用。

隧道效应⎛I R ∂⎞=
qN 2()()D V x x d =−−电子的势垒为电子的势垒为：(q N V 2())D qV x x d −=−0y d x
=−0
2r εε
*122⎧⎫−−012exp (2)[()]4n P m qV y dy m N d π=⎨⎬⎧⎫⎬∫exp ()n D q ydy =−⎨⎧∫1222exp ()n D m N q d π⎫=−⎧1204exp ()()n r m P q V V εεπ⎫=−−
4m εεπ⎧⎫120exp ()()n r J q V V ∝−−⎨⎬⎧1
4V
π⎫重掺杂时。