半导体物理_第七章_金属和半导体接触

7.2.2 热电子发射理论
1.热电子发射理论的适用范围：
——适用于薄阻挡层 ——势垒高度 >>k0T ——非简并半导体
ln >> d
2.热电子发射理论的基本思想：
薄阻挡层，势垒高度起主要作用。 能够越过势垒的电子才对电流有贡献 ——计算超越势垒的载流子数目，从而求出电流密度。
3.势垒区的伏安特性
扩散方向与漂移方向相反
无外加电压： 扩散与漂移相互抵消——平衡； 反向电压： 漂移增强——反偏； 正向电压： 扩散增强——正偏
3.势垒宽度与外加电压的关系
势垒的高度和宽度都随外加电压变化：
4.势垒区的伏安特性
根据扩散理论，势垒区的电流是由半导体一侧电子的扩散和 漂移运动形成的：
该理论是用于迁移率较小，平均自由程较短的半导体， 如氧化亚铜。
7.1.1 功函数和电子亲和能
7.1.2 接触电势差 理想接触：
——在半导体表面不存在表面态 ——M-S之间没有绝缘层或绝缘层很薄的紧密接触
以金属和n型半导体的接触为例
1、WS <Wm 电子系统在热平衡状态时应有统一的费米能级
半导体体内载流子重新分布引 起载流子的积累或耗尽，导致 能带弯曲；但金属体内的载流 子和浓度基本没有变化。
空间电荷区 电子从体内到表面，势能增加，表面能带向上弯曲
2、WS >Wm 电子系统在热平衡状态时应有统一的费米能级
电子反阻挡层；低阻 ——欧姆接触
考虑价带的电子转移，留下更多的空穴，形成空间 电荷区。空穴从体内到表面，势能降低，能带向上 弯曲。
7.1.3 表面态对接触势垒的影响
金属和半导体接触前
Ge、Si、GaAs有较高的载流子迁移率、较大的平均自由程， 主要是热电子发射。
需修正:①镜像力；②隧道效应
7.3 少数载流子的注入和欧姆接触
在势垒区域，空穴的浓度在表面最大。
正向电压使得势垒降低，形成自外向内的空穴流，
E
它形成的电流与电子电流方向一致。
7.3.1 少数载流子的注入
在正向电压作用下，金属和n型半导体接触使得半导体 中空穴浓度增加的现象称为少子的注入。
态密度较大
态密度很大
两者的EF不重合
存在表面态，即使不与金属接触，半导体一侧产生电子势垒
表面能级以下的能级电子已经填满，只能填到表面能级以上的 能级，则形成受主态（带负电）。体内电子转移后形成带正电 荷的区域。
金属和半导体接触
WS <Wm 半导体向金属转移
①表面态密度很大，以表面电子转移为主
接触前后，半导体一侧的空间电荷不发生变化，表面势不变 ——势垒高度被钉扎。
第七章 金属和半导体的接触
本章主要内容
7.1 金属半导体接触及其能级图； 7.2 金属半导体接触整流理论； 7.3 少数载流子的注入和欧姆接触；
金属——半导体接触 由金属和半导体互相接触而形成的结构，简称M-S接触。
典型接触：
1、半导体掺杂浓度低，单向导电性——整流接触 肖特基势垒器件
2、半导体掺杂浓度高，双向导电性——欧姆接触 提供低阻互联
实质上是半导体价带顶部附近的电子流向金属，填充金 属中EF以下的空能级，而在价带顶附近产生空穴。
加正向电压时，少数载流子电流与总电流值比称为少数 载流子的注入比，用 表示。对n型阻挡层而言：
7.3.2 欧姆接触
1、什么是欧姆接触？
欧姆接触应满足以下三点： 1、伏安特性近似为线性，且是对称的； 2、接触引入的电阻很小（不产生明显的附加阻抗）； 3、不会使半导体内部的平衡载流子浓度发生显著改变。
电流很小，为反向偏置
3. V>0
金属接正极，半导体接负极
外加电压削弱了内建电场的作用，势垒降低； 金属一侧的势垒高度没有变化；
电流很大，为正向偏置
7.2.1 扩散理论 1.扩散理论的适用范围：
适用于厚阻挡层； 势垒宽度比载流子的平均自由程大得多，即
势垒区是耗尽区； ——半导体是非简并的
2.扩散理论的基本思想
②表面态密度较大，表面、体内电子均转移
表面态中的电子和半导体体内的电子都要向金属转移，才能使系统平衡。 金属功函数对势垒有影响，但影响不大——实际情况
7.2 金属半导体接触整流理论
1. V=0
2. V<0
金属接负极，半导体接正极
外加电压增强了内建电场的作用，势垒区电势增强，势垒增高； 金属一侧的势垒高度没有变化；
（2）波长为185 nm的紫外光光子的能量为
Ehvhc6.62103418351100891.61019 6.7eV
发射出来的电子能量： E=E0-W=6.7-2.5=4.2 eV
习题
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电子通过M-S接触时，能够不受势垒的阻挡，从一种材料输运到另一种 材料，即其正反偏置的电流输运特征没有差别。
2、如何实现欧姆接触？
总结
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需修正:①镜像力；②隧道效应
总结
习题
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Ehvhc6.62103470301100891.61019 1.78eV Ehvhc6.621034 40301100891.61019 3.10eV