金属和半导体的接触

• 由于隧道过程灵敏地依赖于势垒高度， 故这种接触的接触电阻是半导体掺杂 浓度的灵敏函数。已知隧道几率正比 于 exp (1 )sx ，故隧道电流正比于 exp (1 )sx
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极限情形——忽略间隙
• 半导体一边的势垒 高度为qVD • 金属一边的势垒高 度是qΦns
• 于是人们就想 对同种半导体而言，跟不同金属接 触，势垒高度随金属功函数值变 化。
被百度文库验测量结果否了
！
到底什么原因？
• 金属功函数对势垒高度没多大影 响 • 真正的原因是由于半导体表面存 在表面态。
表面态
• 电荷区内存在电场 • 方向：由体内指向表面
• 半导体表面电子的能量高于体内
• 能带向上弯曲，形成表面势垒
• 势垒区中，空间电荷主要由电离施主 形成，电子浓度小于体内电子浓度。 • 形成高阻区域表面势垒——阻挡层 • 若Wm<Ws ,金属与n型半导体接触， 半导体表面出现负的空间电荷区，电 子浓度比体内大很多，形成高电导区 域——反阻挡层
• （1）固有(本征)表面态：晶格中断→表面 产生悬挂键→具有束缚电子的作用～表面 态。 • （2）非本征表面态：杂质或者缺陷产生 的价键→表面态。 • 在半导体的表面存在不饱和的共价键，表 面电子之量子状态会形成分立的能级或很 窄的能带——表面态。它可以俘获或释放 载流子，或形成复合中心，使半导体带有 表面电荷，影响其电性能
表面态
施主型 受主型
• 在半导体表面禁带中存在一定分布 • 存在距价带顶为qΦ0的能级 • 对多数半导体 qΦ0约为禁带宽度1/3
• qΦ0处能态 密度非常 • 电子来一个 填一个
• 电场导致能 带弯曲
• 费米能级针扎效应：
费米能级的位置由表面态决定，而与 半导体掺杂浓度无关的现象。 • 未与金属接触，能带已经弯曲，势垒 已经存在，因此与金属功函数无关。 • 当Wm<Ws时，也可能形成n型阻挡层
光刻工艺制作电极工序及说明
当表面态的能量分布和费米能级的位置已知， 可以计算出表面态的浓度的值
SEM及能谱图像
断面SEM图
本文意义
• 研究人员用各种物理、化学方法对接触表 面进行处理，利用扫描电镜（SEM）对表 面的微观形貌进行研究。目前，还未见到 从 SBD 横断面的角度研究势垒接触区成 分、微观形貌及显微结构。 • 本文从该角度出发，采用扫描电子显微镜 研究退火和未退火两种样品 SBD 的横断 面特征，以便为高性能 SBD 的制备提供 理论依据。
退火处理对肖特基二极管反向 击穿电压影响的研究
CVD的优点：
?
• 装置简单，生产率高， 用途广泛， 几乎可以淀积任何薄膜；膜层均匀性 好，具有台阶覆盖性能，适宜 • 于复杂形状的基板； • 淀积速率高 降低生长温度
降低势垒高度减少表面态方法
• 采用缓慢氧化 • 稀释的HF刻蚀 • 沸水浸泡对半导体的接触表面进行了 处理
Ws E0 ( EF ) s
• 半导体的功函数与杂质浓度有关 因为杂质浓度改变费米能级
金属和n型半导体接触为例
• 假设Wm>Ws
E0相等
(EF)m<(EF)s
• 用导线连起来 • 半导体中的电子将向金属流 动
接触前
紧密接触
• 半导体中自由 电荷密度限制 • 正电荷分布在 半导体表面
• 空间电荷区
扩散理论和热电子发射理论
• 扩散理论——势垒区存在电场，载流 子浓度不均匀，电子平均自由程小于 势垒宽度。通过势垒的电流要考虑扩 散运动。 • 热电子发射理论——电子平均自由程 大于势垒宽度，自身能量大于越过势 垒高度。
肖特基接触与欧姆接触
• 肖特基接触——金属和半导体材料相 接触的时候，在界面处半导体的能带 弯曲，形成肖特基势垒。势垒的存在 才导致了大的界面电阻 • 欧姆接触——它不产生明显的附加阻 抗，而且不会使半导体内部的平衡载 流子浓度发生显著的改变
金属和半导体的接触
功函数
• 定义：一个起始能量等于费米能级的 电子，由金属或半导体内部逸出到真 空中所需要的最小能量。
金属和半导体的功函数
• 金属功函数
Wm E0 ( EF ) m
• 金属功函数随原子序数的递增呈现周 期性变化。（电子层） • 功函数的值与表面状况有关。
• 半导体功函数
肖特基接触——整流接触 欧姆接触——非整流接触
• 主要实现方法： • 金属与半导体间有低的势垒高度 • 重掺杂，造成势垒宽度变薄，隧道效 应起作用。电子通过隧道效应贯穿势 垒产生大隧道电流，甚至超过热电子 发射电流而成为电流的主要成分
肖特基接触与欧姆接触都不好 弄
要形成欧姆接触却形成肖特基接触 表面吸附杂质造成表面载流子浓度增 加。 好回顾了这些我们来看
• 谢谢大家，希望对大家有帮助。
欧姆接触的认定
• 欧姆接触具有线性和对称的电流-电压关系， 其接触电阻远小于材料的电阻。在有电流 通过时，欧姆接触上的压降也远小于器件 或样品本身的压降。所以，这种接触不影 响器件的电流-电压特性 • 当金属与半导体接触的肖特基势垒高度小 于 0.3 电子伏特时，在室温下其反向饱和 电流可达102Acm-2以上，就可以近似地认 为是欧姆接触
隧道效应
• 对电流输运的贡献取决于半导体表 面的掺杂浓度 • 重掺杂半导体能与许多金属形成良好 的欧姆接触 • 轻掺杂半导体与金属形成欧姆接触就 必须选择势垒高度很低的金属或合金 才行
形成欧姆接触的方法
• 金属的功函数低于 N 型半导体的功函数，形成表 面积累层，但是，由于金属-半导体界面存在表面 态，再加上工艺上的原因，实际上几乎所有的金 属与 N 型半导体接触都只能形成整流接触 • 将半导体表面粗磨或吹砂，使之产生大量缺陷 • 高掺杂的方法，即在靠近金属的 • 半导体表面薄层用一定工艺方法形成高掺杂区， 使半导体与金属接触时形成的 • 表面耗尽层很薄，以致能发生隧道效应