第3章 金属半导体与异质结

nP结热平衡下的能带图
nN结热平衡下的能带图
3. 异质结二维电子气
异质结二维电子气的三角形势阱
4. 异质结的静电平衡态
内建电势差：真空能级两端的电势差，代表所有空 间电荷区电势差的总和。
eVbi = ∆Ev + kT ln( p p0 pn 0 • N vn ) N vp
价带形式
nn 0 N cp eVbi = − ∆Ec + kT ln( • ) n p 0 N cn
* 2
高掺杂浓度的半导体 依赖于掺杂浓度，隧穿为主
* 2 ε s mn φBn Rc ∞ exp[ • ] ℏ Nd
3.3 半导体异质结
1. 不同的半导体材料组成的结 （1）具有不同的禁带宽度，结能带不连续 ）具有不同的禁带宽度， （2）两种材料的晶格常数匹配或接近 ）
2. 能带图 nP结接触前的能带图
亲和能
4.26 4.28 5.1 4.5 4.6 5.15 5.12 5.65 4.33 4.55
4.13 4.01 4.07 3.5 4.2 4.35 3.92 4.07 4.05 4.0
2.理想结的特性 肖特基势垒 内建电势差
φB 0 = (φm − χ ) Vbi = φB 0 − φn
2ε s (Vbi + VR ) 1/ 2 W = xn = [ ] eN d 1 2(Vbi + VR ) ( )2 = C eε x N d
5. 异质结的I-V特性
热电子发射模型：
J = A*T 2 exp(
− Ew ) kT
（1）同质结中电子势垒与空穴势垒相同，电子电流与空 穴电流的相对数量级由相对杂质能级决定。 （2）异质结中电子势垒与空穴势垒不同，较小的势垒高 度导致较大的载流子电流，实际电流由一种载流子决定。 （3）掺杂效应、隧道效应及有效质量的变化将影响具体 的I-V特性。
4. 电流 电压关系 电流-电压关系
J s→m = e∫ ' vx dn
Ec * − (E − EF ) 4π (2mn )3 / 2 dn = E − Ec exp[ ]dE h3 kT J = J s→m − J m→s ∞
− eφn eV = [ A*T 2 exp( )][exp( a ) − 1] kT kT eVa = J sT [exp( ) − 1] kT − eφn J sT = A*T 2 exp( ) kT * 4πemn k 2 * A = h3
2 2 eN dn xn eN ap x p Vbi = Vbin +V bip= + 2ε n 2ε p
导带形式
W = xn + x p = {
' j
2ε nε p ( N dn + N ap ) 2Vbi eN dn N ap (ε n N dn + ε p N ap )
}1/ 2
ε nε p N dn N ap }1/ 2 C ={ 2(ε n N dn + ε p N ap )(Vbi + VR )
Figure 9.2
反偏与正偏电压下的肖特基势垒的能带图
3. 影响肖特基势雷高度的非理想因素 (1) 肖特基效应– 势垒的镜像力降低效应
势垒的镜像力导致 肖特基势垒的降低
xm =
e 16πε s E
eE ∆φ = 4πε s
Hale Waihona Puke (2)其他相关因素的影响：表面态的影响 其他相关因素的影响： 其他相关因素的影响
金属与p-半导体的欧姆接触 金属与 半导体的欧姆接触
2. 隧道效应
宽带隙半导体的欧姆接触实现的困难
eVa − eφn J = [ A T exp( )][exp( ) − 1] kT kT 低掺杂浓度的半导体 kT eφ ( ) exp( Bn ) Rc = e * 2 kT 依赖于势垒高度，热发射为主 AT
正偏电流与电压的关系
5. 肖特基二极管与pn结二极管的比较 肖特基二极管与 结二极管的比较
pn结的反偏 电流密度 10-7A/cm2, 较肖特基势 垒二极管的 反向饱和漏 电流小2-3 个数量级。 并具有较大 的开启电压
3.2 金属半导体的欧姆接触 1. 理想的非整流接触势垒
偏压下的欧姆接触
第三章 金属半导体与半导体异质结
3.1 肖特基势垒二极管 1. 性质上的特征 金属元素的功函数和半导体的亲和能
元素 Ag, 银 Al，铝 Au，金 Cr，铬 Mo，钼 Ni，镍 Pd，钯 Pt，铂 Ti，钛 W，钨
功函数，
半导体 Ge Si GaAs AlAs GaN ZnO 3C-SiC 6H-SiC 4H-SiC C