第十四章 MS接触和肖特基二极管 PPT
肖特基二极管结构
肖特基二极管结构肖特基二极管结构是一种常用的半导体器件结构，常用于高频和微波电路中。
它由金属-半导体结和半导体-半导体结组成。
让我们来看看金属-半导体结。
在肖特基二极管的结构中，金属-半导体结是非常重要的一部分。
金属-半导体结是由金属和半导体两种材料组成的结构，金属一般是铝或银等导电性较好的材料，而半导体一般是硅或者锗等材料。
金属-半导体结的形成是通过金属和半导体之间的电子迁移形成的，这种电子迁移会在金属和半导体之间形成一个电场，从而形成一个电势垒，这个电势垒可以阻止电子的自由移动，从而形成一个电子空穴对，这样就形成了一个PN结。
让我们来看看半导体-半导体结。
在肖特基二极管的结构中，半导体-半导体结也是非常重要的一部分。
半导体-半导体结是由两种不同类型的半导体材料组成的结构，一般是N型半导体和P型半导体。
N 型半导体的导电性主要来自于自由电子，而P型半导体的导电性主要来自于空穴。
当N型和P型半导体材料接触时，由于能带结构不同，会形成一个电子空穴对，这就是半导体-半导体结。
肖特基二极管结构的特点是在金属-半导体结中只有一个PN结，而在普通的PN结二极管中有两个PN结。
这样的结构使得肖特基二极管的响应速度更快，损耗更小，适用于高频和微波电路中。
此外，由于肖特基二极管的结构简单，制作工艺也相对容易，因此在实际应用中得到了广泛的应用。
在实际应用中，肖特基二极管的结构可以根据具体的需求进行优化设计，以满足不同领域的需求。
例如，在射频接收机中，肖特基二极管可以作为检波器使用，实现信号的检测和解调。
在微波通信系统中，肖特基二极管可以作为混频器使用，实现信号的频率变换。
在雷达系统中，肖特基二极管可以作为倍频器使用，实现信号的频率倍增。
总的来说，肖特基二极管结构是一种重要的半导体器件结构，具有响应速度快、损耗小、制作工艺简单等优点，适用于高频和微波电路中。
在不断的技术发展和优化设计下，肖特基二极管将会在更多的领域得到应用，为电子技术的发展做出贡献。
二极管 mos管 肖特基二极管
肖特基二极管又称肖特基势垒二极管（Schottky Barrier Diode），是一种特殊的二极管，其结构和特性与普通的二极管有所不同。
它利用了肖特基效应（Schottky effect）的原理，具有低漏电流、快速开关速度和低压降等优点，因此在各种电子电路中得到广泛应用。
一、肖特基二极管的结构肖特基二极管由金属和半导体材料组成，其结构如下：1. 金属-半导体接触面：用金属和半导体材料制成金属-半导体接触面，形成势垒；2. P型半导体材料：通常采用P型硅（p-Si）材料制成。
二、肖特基二极管的特性肖特基二极管相比普通二极管具有以下特点：1. 低漏电流：由于金属-半导体接触面的势垒形成，使得肖特基二极管的漏电流比普通二极管小很多；2. 快速开关速度：肖特基二极管的导通和截止速度较快，因此在高频电路中得到广泛应用；3. 低压降：肖特基二极管在导通时的压降比普通二极管小，对电路的功耗影响较小。
三、肖特基二极管的应用肖特基二极管在电子电路中有广泛的应用，主要体现在以下几个方面：1. 短波无线电接收机：肖特基二极管可以作为高频检波二极管，实现无线电信号的检波和解调；2. 低功耗电路：由于肖特基二极管的低漏电流和低压降特性，适合用于设计低功耗的电路；3. 微波频率倍频器：肖特基二极管在微波频率电路中具有较高的性能，常被用作频率倍增器；4. 太阳能电池：肖特基二极管作为太阳能电池的组成部分，可以将光能转化为电能。
四、肖特基二极管与MOS管的比较肖特基二极管与MOS管（金属-氧化物-半导体场效应晶体管）是两种不同类型的半导体器件，它们在结构和特性上有所不同。
1. 结构：肖特基二极管由金属和P型半导体材料组成，而MOS管由金属氧化物和半导体材料组成。
2. 功能：肖特基二极管主要用于整流和高频开关电路中，而MOS管主要用于放大和开关电路中。
3. 特性：肖特基二极管的优点在于低漏电流和快速开关速度，但其直流特性和温度特性较差；MOS管的特点在于良好的输入输出特性和高集成度，但功耗较大。
二极管知识教学PPT课件
发光二极管 发光二极管简称为LED发光二极管在手机中主要用作背景灯以及键盘 灯，电容现在还有跑马灯等等，发光二极管一般分为红 绿 黄等等，它 发光的颜色取决于它的制作材料，法官二极管对电流有 要求，一般的 为 及毫安到几十毫安，发光二极管的发光强度一般分它的正向电流成 线性关系，但如果流过反光二极管的电流太大，就会造成发光二极管 的损坏实际运用中，一般在二极管的电路中串接一个限流电阻，用来 防止大电流对二极管造成的损坏。发光二极管只工作在正偏状态，正 常情况下，它的正向电压为1.5-3V之间。发光二极管图形符号 看图
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二极管的测量及好坏判断
• 1、二极管的测量 将万用表打到蜂鸣二极管档，红表笔接二极管的正极，黑笔接二
极管的负极，此时测量的是二极管的正向导通阻值，也就是二极管的正向 压降值。不同的二极管根据它内部材料不同所测得的正向压降值也不同。 2、好坏判断
正向压降值读数在300--800为正常，若显示为0说明二极管短路或 击穿，若显示为1说明二极管开路。将表笔调换再测，读数应为1即无穷大， 若不是1说明二极管损坏。
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变容二极管 电容是一个存储电荷的原件，当其两端的电压 变化时，其存储的电荷也发生变化，因此就出 现充放电现象，PN结除了单向导电外，也具有 上述特性，也就是说它具有电容效应， 变容二极管是一种特殊的二极管，它利用了 PN结的电容效应，为了使这种电容效应显著， 给二极管加上反向偏置，当二极管两端的反向 电压发生变化时，二极管的结电容也随之变大 变小。 二极管的结电容大小除了与本身结构和工艺外， 还与外加的反向电压有关。 变容二极管是利用PN结的电容效应，并采用 特殊工艺使德、得结电容随反向偏压的变化比 较灵敏的一种特殊二极管，变容二极管的图形 符号看图
二极管PPT课件(完整版)
二极管反向击穿，两引脚之间内阻很小， 二极管无单向导电性，二极管损坏.
二极管主要参数
参数名称 符号
解说
是指二极管长时间正常工作下， 最大整流电流 Im 允许通过二极管的最大正向电流
值。
反向电流
是指二极管加上规定的反向偏置
Ico 电压情况下，同过二极管的反向 电流值。
最大反向工作 电压
Urm
二极管工作时承受最大的反向电
压，处于
R1
正向偏置
状态
I+
VD1
E1
-
R1
二极 管导
通通
路
I
VD1
二极管导通的条件：
正向偏置电压; 正向偏置电压大到一定程度，对于硅管 而言0.7V，对于锗管而言为0.2V。
二极管截止状态工作原理
如果给二极管正极加的电压低于负极加的电压，称为二极
管的反向偏置电压。给二极管加反向偏置电压后，二极管截止， 二极管两引脚间电阻很大，相当于开路。如图所示，只要是反 向电压二极管就没有电流流动，如果反向电压过大，二极管会 击穿，电流从负极流向正极，说明二极管已经损坏。
极管的正极，红表笔接二极管的负极，此
时表针应向右偏转一个很大的角度，所指
示阻值较小。此时阻值越小越好。
测量正向电阻
解说
几十到几KΩ
说明二极管正向电阻正常。
正向电阻为零或远小于几 欧姆
说明二极管已经击穿。
几百KΩ
正向电阻很大，说明二极管已经开路。
几十KΩ
二极管正向电阻较大，正向特性不好。
测量时表针不稳定二极管Fra bibliotek极为R1
负电压，反向
偏置状态
E1
VD1
E1
SiC肖特基势垒二极管学习PPT教案
2024/1/24
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新能源汽车领域应用
2024/1/24
电动汽车充电系统
SiC肖特基势垒二极管在电动汽车的充电系统中，可以实现高效率 、高频率的电能转换，缩短充电时间，提高充电效率。
电机驱动系统
在电机驱动系统中，SiC肖特基势垒二极管可以承受高温、高压的 工作环境，提高系统的稳定性和及优势
SiC是硅和碳的化合物，具有优异的物理和化学性质，如高禁带宽度、高击穿电场强度、高热导率、高电子饱和漂移速度等。
与传统的硅材料相比，SiC具有更高的工作温度、更高的耐压能力和更低的导通电阻，使得SiC器件能够在高温、高压、高频 等恶劣环境下稳定工作。
2024/1/24
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工作原理与结构特点
2024/1/24
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器件结构设计及优化方法
器件结构
SiC肖特基势垒二极管通常采用垂直结构 ，包括阳极、阴极和肖特基接触等部分 。
VS
设计优化
通过优化器件结构参数，如阳极和阴极间 距、肖特基接触势垒高度等，以提高器件 性能。同时，还可以采用场板结构、终端 保护等设计，提高器件耐压和降低漏电流 。
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培养分析和解决问题的能力：通过学习SiC SBD 的相关知识，培养分析和解决实际问题的能力， 为未来的学习和工作奠定基础。
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课程安排与计划
课程时间
教学内容
教学方式
课程考核
共计8学时，每周2学时 ，共4周。
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包括SiC SBD的基本结 构和工作原理、制备工 艺和关键技术、性能特 点和应用领域等方面的 内容。
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反向恢复时间测试
在SiC肖特基势垒二极管关断后，测量其反向恢复时 间，以评估其在高频应用中的性能表现。
肖特基 二极管
肖特基二极管肖特基二极管是一种特殊的二极管。
与普通的硅二极管相比，肖特基二极管采用了金属与半导体的接触，来替代传统的PN 结。
这种接触方式使得肖特基二极管具有了很多独特的性质和应用。
肖特基二极管的工作原理基于肖特基效应，也就是金属与半导体之间的Schottky接触形成的电势垒。
当金属与半导体之间存在一定的电势差时，电子会从半导体向金属方向流动，形成一个肖特基势垒。
这种势垒比PN结的势垒要低很多，因此肖特基二极管的导通压降较低，开关速度较快。
第一次发现肖特基效应的是德国物理学家沃尔夫冈·肖特基（Wolfgang Schottky）于1938年。
他发现当金属与半导体相接触时，存在一个很薄的正电荷区域，被称为肖特基势垒。
这个势垒的高度与金属与半导体的工函数有关，通常在0.2V至0.4V之间。
由于肖特基二极管的肖特基势垒较低，因此具有以下几个特点：1. 低导通压降：由于肖特基二极管的肖特基势垒较低，导致其导通电压较低，通常在0.15V至0.45V之间。
而普通的硅二极管的导通电压通常为0.6V至0.7V。
因此，肖特基二极管在低压下可以实现更低的功耗，并且减少了对电源的要求。
2. 较快的开关速度：由于肖特基二极管的肖特基势垒较低，电子在电势垒上更容易穿隧，因此它的开关速度更快。
这使得肖特基二极管广泛应用于高频电路、快速开关和功率控制电路等领域。
3. 较低的反向漏电流：由于肖特基二极管的肖特基势垒较低，反向漏电流也比较小。
这使得肖特基二极管在一些对反向漏电流有严格要求的电路中更为适用。
4. 低噪声：由于肖特基二极管的电压噪声较低，因此在一些对噪声要求较高的应用中，如低噪声放大器、射频接收器等，肖特基二极管可以作为关键元器件。
肖特基二极管的应用非常广泛。
由于其低导通压降和快速开关速度，肖特基二极管被广泛应用于电源和放大器电路中，以减少功耗和提高效率。
此外，由于其低反向漏电流和低噪声，肖特基二极管也广泛应用于射频电路和通信系统中。
金属半导体(MS)接触
qN d
ε Si
xd
从 x 到 xd 再次积分得： ψ ( x ) = −
§6.1 金属/半导体接触
6.1.5 M/S接触的电势分布和Poisson方程求解 金属和半导体接触在半导体表面形成的表面势为：
1 qN d 2 xd 2 ε Si 耗尽层厚度与表面势的 关系满足：
φi = φM − φS = ψ (0) =
§6.1 金属/半导体接触
6.1.2 M/S接触的形成 M/S结构通常是通过在干净的半导体表面淀积金属而 形成。利用金属硅化物（Silicide）技术可以优化和 减小接触电阻，有助于形成低电阻欧姆接触。
§6.1 金属/半导体接触
6.1.3 理想M/S接触的平衡能带图 1. 热平衡条件：形成统一的费米能级，即Ef = Const 在前面的讨论中，我们已经说明，任意半导体系统 在达到热平衡时，费米能级在空间范围内保持平直， 即Ef＝常数。相关的能带图特征，在非均匀掺杂的半 导体系统（PN结）中已有演示。这一法则在两种不同 类型的材料接触形成的系统中仍然适用。 考虑两种材料：金属（M）与半导体（S）形成接触 ，设其各自费米能级分别为Ef1和Ef2。金属的功函数为
q (φ −V A)
i
B
qV
A
A
正偏
反偏
外加偏置影响半导体的表面势及空间电荷区厚度，但不影响势垒高度。
§6.3 肖特基二极管的偏置及其IV特性
6.3.1 肖特基二极管的偏置
1938年，W. Schottky提出了基于整流二极管的理论，称为肖特 基二极管理论。这一理论以金属和半导体功函数差为基础，考虑 表面态的影响因素，用 φ B 代替 φ MS 来表示势垒
d 2ψ dξ q q [(n − p ) − (N d − N a )] ≈ − N d =− = 2 ε Si dx dx ε Si
肖特基二极管
肖特基二极管随着计算机的发展，电子技术的发展也变得越来越迅速。
在这一过程中，电子元件起到重要作用。
比如肖特基二极管，它们在电子设备中扮演着非常重要的角色。
肖特基二极管（简称“肖特”）是最重要的半导体元件之一，另一种是集成电路。
它是由德国化学家威廉肖特和瑞士物理学家古斯塔夫贝克于1947年研制出来的。
肖特基二极管有两个极，具有正向和反向型，可以控制正向流动的电流和反向流动的电流，从而实现电路的开关和控制功能。
由于肖特基二极管具有方便实用、可靠性强、改变电流方向易、抗干扰能力强和成本低等特点，因此它在电子产品中得到了广泛的应用，比如计算机，数字电路，音频设备，汽车电子和通讯设备等。
肖特基二极管的结构很简单，通常由半导体材料（硅）和圆柱形导体（铜）组成，其中有两个极空气隙（外罩），空气隙内有一些夹层。
它的工作原理是，在n极为正向的情况下，电流流经n极并通过夹层进入p极，而在p极为正向的情况下，电流流经p极并通过夹层进入n极。
因此可以看出，电流可以根据不同极性进行控制。
肖特基二极管可以用于实现不同类型的电路，如放大器，数字译码器，键盘，定时器，控制器，电源，过程控制器，示波器，数据传输器等。
它们的应用非常广泛，在日常生活中，几乎所有电子设备都需要肖特基二极管进行控制。
由于肖特基二极管的性能远超出了人们的预期，不仅展现在电子工程中，也在航空、航天、电力、自动化、通信以及其它领域得到了广泛应用，可谓是电子技术发展史上的一大突破。
它不仅为科技发展贡献了重大贡献，而且也使得我们的生活变得更加便利、更加舒适，让我们拥有了更好的质量生活。
总之，肖特基二极管的应用对当前社会的发展具有重要作用，它在各个领域都有广泛的应用，今后它将发挥更大的作用，为我们的社会发展贡献力量。
肖特基二极管原理
肖特基二极管原理
肖特基二极管是一种常用的电子元件，它由一个PN结和一个金属接触组成。
在正向偏置时，PN结处于导通状态，而在反向偏置时，则处于截止状态。
当肖特基二极管的PN结处于导通状态时，由于其金属接触的特性，使得它具有非常低的正向电压降。
这意味着，相比于常规的PN结二极管，肖特基二极管具有更低的正向电压丢失。
而当肖特基二极管的PN结处于截止状态时，它具有反向击穿电压的特性。
这意味着，当反向电压超过一定值时，肖特基二极管会发生击穿现象，电流开始流过。
这是由于其PN结的特殊结构和金属接触引起的。
肖特基二极管的特点与应用
肖特基二极管具有很多特点，其中包括：快速开关速度、低反向恢复时间、低漏电流、低正向电压降等。
这些特点使得肖特基二极管在许多电子应用中发挥重要作用。
肖特基二极管常见的应用场景包括：电源电路中作为反向保护二极管，高频电路中作为开关元件，电源管理电路中作为开关元件等等。
尤其在高频电路中，由于肖特基二极管的特性，它可以提供非常快速的开关速度，适用于高频信号的处理。
总而言之，肖特基二极管是一种特殊的二极管，具有低正向电压降和高速开关特性。
它在许多电子应用中广泛使用，特别是在高频电路中。
第十四章MS接触和肖特基二极管
7.1 金属和半导体接触及其能带图
欧姆接触能带图
7.1 金属和半导体接触及其能带图
金 属 和
p
型 半 导 体 接 触 的 平 衡 态 能 带 图
整流接触
欧姆接触
7.1 金属和半导体接触及其能带图
7.2 金属和半导体接触的整流理论
外加电压后，金属和半导体的费米能级不再相同， 二者之差等于外加电压引起的电势能之差。
金属一边的势垒不随外加电压而变，半导体一边， 加正偏，势垒降低，反偏势垒变高。
7.2 金属和半导体接触的整流理论
WM>Ws，整流接触
正偏，半导体势垒高度变低，电子从S注入M， 形成净电流I，I随VA的增加而增加。
金属一边的势垒高度：
E（ C 界面） EFM Wm
ns EFM EV (界面）
（EC
EV）（Ec
(界面） EF
）
M
Eg Wm
7.1 金属和半导体接触及其能带图
结论
Wm>Ws Wm<Ws
n形半导体 p形半导体 整流接触 欧姆接触 欧姆接触 整流接触
例2：受主浓度为NA=1017cm-3的p型Ge, 室温下的功函 数是多少？若不考虑界面态的影响，它与Al接触时形 成整流接触还是欧姆接触？如果是整流接触，求肖特
元素 Si Ge
GaAs AlAs
亲和势（eV) 4.05 4.13 4.07 3.5
7.1 金属和半导体接触及其能带图
Ws Wm
金属
N型半导体
金属和n型半导体接触前的平衡态能带图
7.1 金属和半导体接触及其能带图
肖特基二极管结构和内电路
肖特基二极管结构和内电路1．肖特基二极管结构图13-3是肖特基二极管内部结构示意图。
肖特基二极管具有更低的串联电阻和更强的非线性，适合于在射频电路中应用。
某些金属和N型半导体材料接触后，电子会从N型半导体材料中扩散进入金属从而在半导体材料中形成一个耗尽层，具有和常规PN 结类似的特牲，这种由金属和半导体材料接触形成类似PN结势垒的结构称为肖特基结。
当在肖特基势垒两端加上正向偏压（阳极金属接电源正极，N型基片接电源负极）时，肖特基势垒层变窄，其内阻变小。
如果在肖特基势垒两端加上反向偏压时，肖特基势垒层则变宽，其内阻变大，如图13-4所示。
2．肖特基二极管内电路引线式肖特基对管又有共阳（两管的正极相连）、共阴（两管的负极相连）和串联（一只二极管的正极接另一只二极管的负极）3种引脚引出方式。
JRC2352图13-5是引线式肖特基对管内电路结构示意图。
贴片式肖特基二极管有单管型、双管型和三管型等多种封装形式，且内电路具体形式多达10余种。
图13-6所示是多种贴片式肖特基二极管内电路。
正极性半波整流电路图11-1所示是经典的正极性半波整流电路。
Tl是电源变压器，V D1是用于整流目的的整流二极管，整流二极管导通后的电流流过负载Rl。
为了分析电路方便，整流电路的负载电路用电阻Rl表示，实用电路中负载是某一个具体电子电路。
1．电路分析输入整流电路的交流电压来自于电源变压器Tl二次绕组输出端。
D1094DB分析整流电路工作原理需要将交流电压分成正、负半周两种情况。
(1)正半周交流电压使整流二极管导通分析。
交流电压正半周期间，交流输入电压使VD1正极上电压高于地线的电压，如图11-2所汞，二极管负极通过Rl与地端相连而为OV，VD1正极电压高于负极电压。
由于交流输入电压幅度足够大，(2) VD1导通时的电流回路分析。
图11-3是VD1导通后电流回路示意图，其回路为：Tl二次绕组上端→VD1正极→VD1负极→电阻Rl→地线→T1二次绕组下端。
肖特基二极管概论
四. 肖特基二极管命名之SS系列
表面贴封装肖特基二极管为何命名为“SS”？
Schottky：取第一个字母“S”, SMD：Surface Mounted Devices的缩写，意为：表面贴装 器件，取第一个字母“S” 上面两个词组各取第一个字母、即为SS，如：SS12、 SS14、SS16....也就是常说贴片封装。
五. 肖特基二极管封装
常见插件封装的肖特基型号： 1N5817、SR160：DO-41；1A 1N5822、SR360：DO-27；3A MBR1045、MBR1060：TO-220AC（两脚）,10A MBR1045CT、MBR10100CT：TO-220AB（三脚半塑封），10A MBRF1045CT、MBRF10100CT：TO-220F/ITO-220AB，（三脚全 塑封），10A（第4位字母F为全塑封）
四. 肖特基二极管命名
肖特基势垒二极管 肖特基：Schottky 势垒：Barrier SB：即为肖特基势垒二极管 Schottky Barrier Diode：肖特基势垒二极管，简称：SB， 比如：SB1100，SB1045CT......
四. 肖特基二极管命名之MBR系列
四. 肖特基二极管命名之MBR系列
例如：MBR10200CT/MBR10200FT
C：表示TO-220AB半塑封装; F：表示ITO-220AB全塑封装 T：表示管装 封装中AB表示三只脚，AC表示两只脚 MBR6045PT，其中的“P”：表示TO-3P封装
肖特基二极管的工作原理
肖特基二极管的工作原理
肖特基二极管的工作原理是利用金属与半导体接触面上形成的
势垒具有整流特性。
肖特基二极管是贵金属(金、银、铝、铂等)A为正极，以N型半导体B为负极，利用二者接触面上形成的势垒具有整流特性而制成的金属半导体器件。
因为N型半导体中存在着大量的电子，贵金属中仅有极少量的自由电子，所以电子便从浓度高的B中向浓度低的A中扩散。
显然，金属A中没有空穴，也就不存在空穴自A向B的扩散运动。
随着电子不断从B扩散到A，B表面电子浓度逐渐降低，表面电中性被破坏，于是就形成势垒，其电场方向为B→A。
但在该电场作用之下，A中的电子也会产生从A→B的漂移运动，从而消弱了由于扩散运动而形成的电场。
当建立起一定宽度的空间电荷区后，电场引起的电子漂移运动和浓度不同引起的电子扩散运动达到相对的平衡，便形成了肖特基势垒。
肖特基整流管
SiO2/SiN 钝化
阳极阻挡 层金属
硅片
N-外延层 N 基片
N+阴极层 阴极（接触）金属
肖特基整流管的结构示意图
特点：
反向恢复时间短
开关损耗小
开启电压低
低阻断电压时的 正向损耗小
反向恢复时间受 di/dt及dv/dt影 响小
阻断电二极管的结构与工作原理
P+
P+
P+
P+
P+
P+
P+
n
Schottky contact
n+
Ohmic contact
MPS器件是深注入的交叉指状P+栅 格与肖特基结相间隔的网状结构。
当MPS反偏时,PN结的 耗尽区在一定反偏电压下 连通，其反向特性接近PN 结。当MPS正偏时，其特 性与SBD的正向电学特性 相似,只是电流密度由于P 型区的原因而略小。P+阳 极区注入空穴到漂移区,通 过导电调制也会引起体电 阻的大大减少。
2）快恢复二极管通用属性
在阳极附近的等离子浓度要小一些，这样才能在高换向di/dt下 也能够使反向峰值电流较小。
为了既保证通态压降在合理的范围内，又能避免反向峰值电流 之后出现瞬变，所以n-中间区域的载流子浓度不能太低。
3）具有纵向载流子寿命分布的二极管
4）SPEED结构
5）肖特基整流管——结构与特点
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7.1 金属和半导体接触及其能带图
二、接触电势差
接触形成后瞬间
处于平衡态的能带
在两个方向都存在 电子流动的势垒
电子从S流向M没有势垒， 反之，仅有一小的势垒
大家应该也有点累了，稍作休息
大家有疑问的，可以询问和交流
qVD
7.1 金属和半导体接触及其能带图
金属中的电子向半导体中运动存在势垒ns 叫做肖特基势垒。
qnsWm
半导体导带中的电子向金属中移动存在势垒 qVD ，VD就是半导体内的内建电势
qD V W M W S qn sE n
例1： 金属W与n型半导体Si 接触，Si的掺杂浓度
ND=1016cm-3,温度T=300K，求： （1）肖特基势垒高度
（2）半导体内的内建电势
解：(1) W的功函数：Wm=4.55eV, Si: =4.05eV
金属一边的势垒高度：
EFM EV (界面）
（EC
EV）（Ec
(界面） EF
）
M
Eg Wm
7.1 金属和半导体接触及其能带图 结论
例2：受主浓度为NA=1017cm-3的p型Ge, 室温下的功函 数是多少？若不考虑界面态的影响，它与Al接触时形 成整流接触还是欧姆接触？如果是整流接触，求肖特
基势垒的高度
解：Ge： 4.13eV
Ws Eg (EF EV )
Ws
Eg
k Tln
NV NA
WG
e
4.130.670.026ln
5.71018 1017
4.69eV
WAl 4.28eV,WAu 5.1eV
WAl WGe,形成整流接触 ;
ns Eg Wm 0.674.134.28 0.52eV
金属的功函数 半导体的亲和势 半导体的功函数
Wm E0 EF M
E0 E（ C 表面） WS [EC EFS ]FB
7.1 金属和半导体接触及其能带图
7.1 金属和半导体接触及其能带图
Ws Wm
金属
N型半导体
金属和n型半导体接触前的平衡态能带图
7.1 金属和半导体接触及其能带图
第十四章 MS接触和肖特基二极管
7.1 金属和半导体接触及其能带图
一、金属和半导体的功函数
Ws Wm
金属
N型半导体
金属和n型半导体的能带图
7.1 金属和半导体接触及其能带图
真空能级E0:电子完全脱离材料本身的束缚所需最小能量 功函数：从费米能级到真空能级的能量差 电子亲和势：从导带底到真空能级的能量差
若能级被电子占据时呈电中性，施放电子后呈正电，称为施 主型表面态。
若能级空着时呈电中性，而接受电子后呈负电，称为受主型 表面态。
7.1 金属和半导体接触及其能带图
7.1 金属和半导体接触及其能带图
表面态存在一个距离价带顶为q0的中性能级： 电子正好填满q0 以下的所有表面态时，表面呈
电中性； q0以下的表面态空着时，表面带正电， 呈施主型； q0之上的表面态被电子填充时，表面 带负电，呈现受主型。对于大多数半导体， q0约 为禁带宽度的三分之一。
7.1 金属和半导体接触及其能带图
半导体费米能级EF高于q0，则在q0和EF之间 的能级基本上被电子填满，表面带负电。这样半 导体表面附近必定出现正电荷，成为正的空间电 荷区，结果形成电子的势垒，并使ns增加。
7.2 金属和半导体接触的整流理论
1. 整流特性的定性分析
外加偏压对两种MS结构的影响
7.2 金属和半导体接触的整流理论
外加电压后，金属和半导体的费米能级不再相同， 二者之差等于外加电压引起的电势能之差。
金属一边的势垒不随外加电压而变，半导体一边， 加正偏，势垒降低，反偏势垒变高。
7.2 金属和半导体接触的整流理论
ns=Wm- =4.55-4.05=0.50eV
(2) qVD=Wm-Ws= ns- En
En
kTlnNC ND
2.81019 0.026ln 10 0.20e6V
10
VD
nsEn
q
0.29V
7.1 金属和半导体接触及其能带图
Wm>Ws，整流接触
外加电压后，金属和半导体的费米能级不再相同， 二者之差等于外加电压引起的电势能之差。 金属一边的势垒不随外加电压而变，即ns不变 半导体一边，加正偏，势垒降低为VD-VA 反偏势垒变高为：VD+VR
7.1 金属和半导体接触及其能带图
假设在n型半导体表面存在表面态： 当EF低于q0时， q0之下有一些态是空着的，表面 呈正电，这些正电荷和金属表面的负电荷所形成的电 场在金属和半导体之间的微小间隙中产生电势差，所 以半导体的耗尽层中需要较少的电离施主来平衡。结 果自建势被显著降低， 金属一边的势垒也降低。
7.1 金属和半导体接触及其能带图
+M S
正偏
7.1 金属和半导体接触及其能带图 反偏
肖特基二极管
Wm<Ws，欧姆接触
正偏： 电子从半导体流向金属没有遇到势垒， VA>0, 就会有很大的正向电流
反偏：电子从金属流向半导体会遇到小的势垒，反偏 电压VR大于零点几伏，势垒就会变为0，在相对 较小的反偏电压下，会有很大的电流。且电流 不饱和
VD
ns (EV
q
EF )
0.52k Tln
NA NV
0.41eV
WAu
WG
形成欧姆接触
e,
7.1 金属和半导体接触及其能带图 三、 界面态对势垒高度的影响
前面讨论的理想MS接触，认为接触势垒仅由金属的功函数决 定的，实际上，半导体表面存在的表面态对接触势垒有较大 的影响。
表面态位于禁带中，对应的能级称为表面能级。表面态分为 施主型和受主型两类。
画能带图的步骤： 1. 画出包括表面在内的各部分的能带图 2. 使图沿垂直方向与公共的E0参考线对齐，并通过
公共界面把图连起来 3. 不改变半导体界面能带的位置，向上或向下移动
半导体体内部分的能带，直到EF在各处的值相等 4. 恰当地把界面处的Ec, Ei, Ev和体内Ec, Ev, Ei连接起来 5.去除不重要的线
结论：Wm<Ws形成欧姆接触 实际要形成欧姆接触时，要求半导体重掺杂，使空间电荷层 很薄，发生隧道穿透。
7.1 金属和半导体接触及其能带图
欧姆接触能带图
7.1 金属和半导体接触及其能带图
金 属 和
p
型 半 导 体 接 触 的 平 衡 态 能 带 图
整流接触
欧姆接触
7.1 金属和半导体接触及其能带图