半导体—金属接触特性测试技术

Semiconductor
Metal Semiconductor
(a)
(b)
(c)
Energy band diagram for n-type semiconductor-metal contacts: (a) Schottky contact;
(b) Ohmic contact ; (c)Injecting Ohmic contact
在CdZnTe(110)上得出EB和EV-C分别为11.377eV和10.639eV。所以 Au与CdZnTe (110)面的理想肖特基接触势垒ΦB, p 为0.74eV。
谢谢！
（1）功函数
紫外光电子能谱（UPS）
基本原理就是光电效应：
紫外光 外层价电子自由 光电子 （ 激发态分子离子）
能量关系可表示：
hv Eb Ek Er
电子结合能 电子动能
原子的反冲能量
Er
1M
2
ma*2
紫外光电子能谱（UPS）
紫外光电子能谱（UPS）
开尔文探针法（Kelvin probe force microscopy-KPFM）
Au/CZT/Au
Pockels效应测试
Pt/CdT/Pt 600V
In/CdTe/Pt 600V
对于形成肖特基接触的CdTe晶体，其内电场在从阳极（In电极）到阴极（Pt 电极）显著的逐渐降低。这一现象是由于阳极的肖特基接触势垒所产生的 反向电流使得空穴注入半导体，使得正空间电荷在阳极开始聚集。
开尔文探针法（Kelvin probe force microscopy-KPFM）
不存在电子发射和收集过程，避免测量本身引起表面态的变化。 测量精度高，对样品表面无破坏。 需要高真空环境，对探针的性能有较高要求。
半导体亲和势
半导体导带底部到真空能级间的能量值，它表征材料在发生光电效应时，电 子逸出材料的难易程度。电子亲和势越小，就越容易逸出。
半导体—金属接触特性测试技术
（1）功函数 （2）半导体亲和势（能） （3）欧姆接触与肖特基接触 （4）肖特基接触势垒
功函数(work function)又称逸出功，在固体物理中 被定义成：把一个电子从固体内部刚刚移到此物 体表面所需的最少的能量。 半导体功函数：真空中静止电子的能量与半导体 费米能级的能量之差。 单位：eV/电子伏特
Pockels效应测试
Pockels效应是一种一次电光效应，指的是：平面偏振光沿着处 在外电场内的压电晶体的光轴传播时发生双折射现象，且两个主 折射率之差与外电场强度成正比。
Pockels效应测试
E(x, y) 1 arcsin I (x, y)
I0 (x, y)
3 n03r41d 2
Pockels效应测试
同步辐射光电子能谱法（SRXPS）可以直接测 算势垒高度而不受金属-半导体接触界面的缺陷以 及缺陷引起的空间电荷区变化的影响。在超高真 空条件下对晶片进行原位金属沉积，根据金属沉 积前后芯能级的偏移来计算势垒高度。接触势垒 高度的计算公式为，
B ,P E B EV C
式中，ΦB, p为接触势垒高度，EB为镀金金属后芯能 级，EV-C为芯能级与价带顶的距离。
在C-V方法中，电容对于空间电荷区内的势垒涨 落不敏感，会屏蔽空间电荷区的边界，并且此方 法是在整个接触面上计算势垒高度的，而通过界 面的电流与势垒高度成指数关系，因此它对界面 处的势垒分布非常敏感。对于能带弯曲不均匀的 界面以及空间电荷，不同方法计算出来的势垒高 度是不同的。
（4）肖特基接触势垒 同步辐射光电子能谱法（SRXPS）
（4）肖特基接触势垒 I-V 法
（4）肖特基接触势垒
（4）肖特基接触势垒 C-V 法
（4）肖特基接触势垒 C-V 法
由
则势垒高度可由下式求出
（4）肖特基接触势垒 C-V 法
（4）肖特基接触势垒
在I-V测试中，电流依赖于界面结构，接触的横向 不均匀性使整流特性变差，而且电流中还包含热 电子发射以外的电流，这些都导致计算出来的结 果与实际偏差很大。
（4）肖特基接触势垒 同步辐射光电子能谱法（SRXPS）
以CdZnTe晶体为例，利用同步辐射光电子能谱分别测量清洁的 CdZnTe晶片和蒸Au后的晶体表面内层Cd 4d 芯能级和价带结构
费米边
The photoemission spectra of clean CdZnTe(110) surface without Au The photoemission spectra of clean CdZnTe(110) surface with Au
W
I
由紫外光谱等方法可以测出禁带宽度，由UPS可测出导带底相对于费米能 级的位置。
半导体亲和势
欧姆接触与肖特基接触
Φm Φm- χ
Vacuum level
Φm
χ Φ
Φm- χ
Fra Baidu bibliotek
Vacuum level
χ Φm
Φ Φm- χ
Vacuum level χ
Φ
Metal
Semiconductor
Metal
探针的参考电极( 功函数已知) 与样品组成振动式平板电容C， 由于两电极的功函数不同而 产生的接触电势差等效为：
当探针相对样品振动时，电容C的改变就会产生位移电流：
对样品外加一补偿电压使位移电流为零，此时的补偿电压值就是样品与探针的功
函数之差。
Fig.2 Electronic energy levels of the sample and AFM tip for three cases: (a) tip and sample are separated by distance d with no electrical contact, (b) tip and sample are in electrical contact, and (c) external bias (Vdc ) is applied between tip and sample to nullify the CPD