肖特基接触与欧姆接触
肖特基接触与欧姆接触
欧姆接触是指金属与半导体的接触，而其接触面的电阻值远小于半导体本身的电阻，使得组件操作时，大部分的电压降在活动区(Active region)而不在接触面。
欲形成好的欧姆接触，有二个先决条件：（1）金属与半导体间有低的势垒高度(Barrier Height)（2）半导体有高浓度的杂质掺入(N ≧10EXP12 cm-3)前者可使界面电流中热激发部分(Thermionic Emission)增加;后者则使半导体耗尽区变窄，电子有更多的机会直接穿透(Tunneling)，而同时使Rc阻值降低。
若半导体不是硅晶，而是其它能量间隙(Energy Cap)较大的半导体(如GaAs)，则较难形成欧姆接触(无适当的金属可用)，必须于半导体表面掺杂高浓度杂质，形成Metal-n＋-n or Metal-p +-p等结构。
理论任何两种相接触的固体的费米能级（Fermi level）（或者严格意义上，化学势）必须相等。
费米能级和真空能级的差值称作工函。
接触金属和半导体具有不同的工函，分别记为φM和φS。
当两种材料相接触时，电子将会从低工函一边流向另一边直到费米能级相平衡。
从而，低工函的材料将带有少量正电荷而高工函材料则会变得具有少量电负性。
最终得到的静电势称为内建场记为V bi。
这种接触电势将会在任何两种固体间出现并且是诸如二极管整流现象和温差电效应等的潜在原因。
内建场是导致半导体连接处能带弯曲的原因。
明显的能带弯曲在金属中不会出现因为他们很短的屏蔽长度意味着任何电场只在接触面间无限小距离内存在。
欧姆接触或肖特基势垒形成于金属与n型半导体相接触。
欧姆接触或肖特基势垒形成于金属与p型半导体相接触。
在经典物理图像中，为了克服势垒，半导体载流子必须获得足够的能量才能从费米能级跳到弯曲的导带顶。
穿越势垒所需的能量φB是内建势及费米能级与导带间偏移的总和。
同样对于n型半导体，φB = φM − χS当中χS是半导体的电子亲合能（electron affinity），定义为真空能级和导带（CB）能级的差。
半导体—金属接触特性测试技术
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
Vacuum level
χ Φm
Φ Φm- χ
Vacuum level χ
Φ
Metal
Semiconductor
Metal
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
（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
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ1M
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）
（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。
第七章 半导体的接触现象汇总
第七章 半导体的接触现象半导体的接触现象主要有半导体与金属之间的接触（肖特基结和欧姆接触）、半导体与半导体之间的接触（同质结和异质结）及半导体与介质材料之间的接触。
§7-1 外电场中的半导体无外加电场时，均匀掺杂的半导体中的空间电荷处处等于零。
当施加外电场时，在半导体中引起载流子的重新分布，从而产生密度为)(rρ的空间电荷和强度为)(r∈的电场。
载流子的重新分布只发生在半导体的表面层附近，空间电荷将对外电场起屏蔽作用。
图7-1a 表示对n 型半导体施加外电场时的电路图。
在图中所示情况下，半导体表面层的电子密度增大而空穴密度减小（见图7-1b 、c ），从而产生负空间电荷。
这些空间电荷随着离开样品表面的距离的增加而减少。
空间电荷形成空间电场s ∈，在半导体表面s ∈达到最大值0s ∈（见图7-1d ）。
空间电场的存在将改变表面层电子的电势和势能（见图7-1e 、f ），从而改变样品表面层的能带状况（见图7-1g ）。
电子势能的变化量为)()(r eV r U -=，其中)(r V是空间电场（也称表面层电场）的静电势。
此时样品的能带变化为)()(r U E r E c c+=)(r E v=)(r U E v + （7-1） 本征费米能级变化为 )()(r U E r E i i+=杂质能级变化为 )()(r U E r E d d+= （7-2） 由于半导体处于热平衡状态，费米能级处处相等。
因此费米能级与能带之间的距离在表面层附近发生变化。
无外电场时这个距离为（f c E E -）和（v f E E -） （7-3）而外场存在时则为[]f c E r U E -+)(和-f E [)(r U E v +] （7-4）比较（7-3）和（7-4）式则知如果E c 和E f 之间的距离减少)(r U，E f 与E v 之间的距离则增加)(r U。
当外电场方向改变时，n 型半导体表面层的电子密度将减少，空穴密度将增加，在样品表面附近的导电类型有可能发生变化，从而使半导体由n 型变为p 型，产生反型层，在离表面一定距离处形成本征区，此处的费米能级位于禁带的中央，见图7-2。
金半接触与异质结
半导体器件物理
重掺杂
半导体器件物理
异质结
半导体器件物理
不同的半导体材料构成的界面
一、异质结及其能带
1、分类 p-n Ge-GaAs p-n Ge-Si 导 电 类 型 反型异质结 变 化 快 慢 突变型 缓变型
不同材料间的过渡发生 于几个原子的距离内
同型异质结
n-n Ge-Si n-n Ge-GaAs
• 半导体表面耗尽层电荷密度QSC
QSC 2q S N DVbi 2q S N D ( Bn Vn )
• 界面层电势降落
QM
i
m ( Bn )
半导体器件物理
• 势垒高度的一般表达式
Bn
S C1 ( m ) (1 C1 )( 0 ) C1C 2 q i
EF 0.2 0.4 0.6 0.8 1
耗尽层厚度 xd
Energy (eV)
-0.4 -0.2 -0.2 0.8 0.6 0.4 0.2 -0.4 -0.2 -0.2
Ec
m Distance (µm)
势垒变薄 隧穿加剧
EF 0.2 0.6 m Distance (µm) 0.4 0.8 1
Ec
qV
EF Ec
场致发射
重掺杂，简并
Ev
半导体器件物理
. 3 5
. 3 0
1 e + 5
Jtunelig (A/M 2)
隧穿势垒
. 2 5
1 e + 4
Jtunelig /J TE
. 2 0
. 1 5
1 e + 3 2 . 0 e + 8 4 . 0 e + 8 6 . 0 e + 8 8 . 0 e + 8 1 . 0 e + 9 S q r t ( N d )
碳化硅功率器件中的金属半导体接触工艺研究
特基二极管势垒金属的研究也有大量报道[1]。事实
要集中于4~5eV之间，所以很难找到合适功函数的
上，对于非重掺杂的碳化硅材料，即使未经历高温
金属作为碳化硅的欧姆接触金属，特别是在P型碳
合金化过程，大部分金属都能与其自然形成肖特基
化硅上。
接触。镍金属由于势垒高度最大，反向漏电流最
目前碳化硅的欧姆接触特性主要是利用隧道效
大功率领域，碳化硅（Silicon Carbide，SiC）材料凭 传统硅工艺有很大不同。
借其宽禁带、高热导率、耐高压的特性，展现了巨
本文分析各种工艺条件开发历程及目前存在的
大的性能优势。但碳化硅作为化合物半导体材料， 问题，并提出未来在量产工艺中的优化方向。
其自身材料特性也与传统硅材料有很大不同，简单 1 碳化硅肖特基接触
近几年报道的碳化硅JMOS结构则更为特殊[5]， 其使用了所有碳化硅金半接触工艺，如图1所示，在 传统MOS结构的P基区之间，加入了肖特基结以取 代MOS结构的体二极管。需要指出的是由于肖特基 接触和欧姆接触的最佳烧结温度不同，设计工艺流 程时需要保证低温工艺在后，高温工艺在前。表2列 举了主要碳化硅功率器件使用的金半接触工艺。 3 结语
Silicon Carbide Technology:Growth, Characterization,Devices,and Applications[M].John Wiley & Sons, Singapore Pte.Ltd.,2014. [2] D.Perrone,M.Naretto,S.Ferrero,L. Scaltrito,C.F.Pirri.4H-SiC Schottky Barrier Diodes Using Mo-,Ti- and NiBased Contacts[J].Materials Science Forum,2009,615-617:647-650. [3] A.V.Kuchuk,et al,Ni-Based Ohmic Contacts to n-Type 4H-SiC:The Formation Mechanism and Thermal Stability[J]. Advances in Condensed Matter Physics,2016,26:9273702. [4] F.Roccaforte, Via,Vito Raineri. Ohmic contacts to SiC[J].International Journal of High Speed Electronics and Systems,2006(06). [5] FJ Hsu,CT Yen,CC Hung,HT Hung,PJ Chuang. High Efficiency High Reliability SiC MOSFET with Monolithically Integrated Schottky Rectifier[C]. 29th International Symposium on Power Semiconductor Devices and IC's (ISPSD), 2017.
欧姆接触
歐姆接觸或肖特基勢壘形成於金屬與 p 型半導體相接觸。 在經典物理圖像中，為了克服勢壘，半導體載流子必須獲得足夠的能 量才能從費米能級跳到彎曲的導帶頂。穿越勢壘所需的能量φB 是內 建勢及費米能級與導帶間偏移的總和。同樣對於 n 型半導體，φB = φM
[編輯] 技術角度上重要的接觸類型
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現代對矽的歐姆接觸比如二矽化鈦鎢通常是 CVD 製作的矽化物。接 觸通常通過沉積過渡金屬然後退火形成矽化物來製造且形成的矽化 物通常為非化學計算的。矽化物接觸也可通過直接濺射複合或者離子 移植過渡金屬來沉積並退火。鋁是另一種可同時用於 n 型和 p 型半導 體重要的矽接觸金屬。連同使用其它的反應金屬，鋁接觸通過消耗天 然氧化物中的氧來形成。矽化物很大程度上取代了鋁（Al）部分因為 高折射材料不太傾向於擴散到不希望的地帶，特別是在隨後的高溫處 理過程中。
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值。結果曲線的斜率是塊狀薄膜電阻率（resistivity）的函數而截距即 為接觸電阻（resistance）。
[編輯] 歐姆接觸的製備
歐姆接觸製備是材料工程里研究很充分而不太有未知剩餘的部分。可 重複且可靠的接觸製備需要極度潔淨的半導體表面。例如，因為天然 氧化物會迅速在矽表面形成，接觸的性能會十分敏感地取決於製備準 備的細節。
χS 當中χS 是半導體的電子親合能（electron affinity），定義為真空
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能級和導帶（CB）能級的差。對於 p 型半導體，φB = Eg (φM χS)其 中 Eg 是禁頻寬度。當穿越勢壘的激發是熱力學的，這一過程稱為熱 發射。真實的接觸中一個同等重要的過程既即為量子力學隧穿。WKB 近似描述了最簡單的包括勢壘穿透幾率與勢壘高度和厚度的乘積指 數相關的隧穿圖像。對於電接觸的情形，耗盡區寬度決定了厚度，其 和內建場穿透入半導體內部長度同量級。耗盡層寬度 W 可以通過解 泊松方程以及考慮半導體內存在的摻雜來計算:
肖特基势垒和欧姆接触_孟庆忠
烟台师范学院学报(自然科学版)Yantai T eachers U niversity Journal (N atural Science )2000,16(2):153-156教学研究 收稿日期:2000203218 作者简介:孟庆忠(1942—),男,教授,大学本科,从事电子技术基础理论研究.肖特基势垒和欧姆接触孟 庆 忠(青岛大学师范学院物理系,山东青岛266071)摘要:用能带结构的观点分析了金属和半导体相接触时的机理,并简要介绍了肖特基二极管的构造及应用.关键词:肖特基势垒;欧姆接触;费米能级中图分类号:TN 710.1 文献标识码:A 文章编号:100424930(2000)022******* P 型半导体和N 型半导体通过掺杂方式结合而成的PN 结,是一种比较复杂的半导体结构.这种结构的重要特征之一是在结的相邻两侧,两种载流子的分布具有不对称的特性,从而形成载流子的浓度梯度,结果使PN 结具有非线性的伏安特性.在制造半导体器件的过程中,除了有PN 结之外,还会遇到金属和半导体相接触的情况,这种接触(指其间距离只有几个埃)有时会在半导体表面形成载流子的积累层,从而表现出低阻特性,其伏安特性是线性的;有时会在半导体表面形成载流子的耗尽层(阻挡层),出现表面势垒,其伏安特性与PN 结相似,呈非线性状态.上述两种情况在实际应用中都有用到之处〔1〕,前者可用来作欧姆接触,后者可用来制作肖特基势垒二极管.1 肖特基势垒 从能级的观点来看,要使金属或半导体中的电子脱离原子核的束缚成为体外自由电子,就必须做功.因为金属或半导体内的绝大多数电子都比体外电子处于较低的能级.物体对电子束缚的强弱决定于物体的性质和表面情况,我们称之为逸出功.显然,逸出功越大,电子越不容易离开物体.由半导体物理学知识可知,物体的逸出功等于体外静止电子的能量与该物体费米能级之差. 现以N 型半导体为例.如果N 型半导体的逸出功小于金属的逸出功,这种费米能级的差别意味着在金属内部和半导体导带相对应的那部分能级上,电子的密度要小于半导体导带的电子密度,因此当它们接触时,电子便从半导体向金属扩散,结果使金属带负电,半导体带正电.对于金属而言,负电荷只能分布在表面;而对于N 型半导体来说,施主杂质失去电子成为正离子,由于掺杂浓度有限,这些正离子必须分布在一定厚度的空间电荷区内,其间的载流子(电子)浓度几乎为零,因而形成了高阻的耗尽层,电荷分布如图1所图1 金属半导体结的电荷分布示〔2〕.空间电荷区产生内建电场E i ,其方向为由N 型半导体指向金属.运用一维泊松方程可得Εd E i d x=e N D ,(1)式中Ε为半导体的介电常数,e 为电子的电量,N D 为N 型半导体的掺杂浓度.由(1)式便可求得金属-半导体结的电场分布为E i (x )=e N D Ε(x -W 0),(2)式中W 0为耗尽层的宽度.由电场E 和电势Υ的关系Υ(x )=-∫x 0E i (x )d x 可求得电势的分布为Υ(x )=-e N D 2Ε(x -W 0)2.(3)当x =0时,(3)式变为Υs =e N D 2ΕW 20.式中Υs 称为金属-半导体结的接触电势差或内建电势差〔2〕.在考虑金属-半导体结的能带时,应将这一电势差所引起的附加电子静电势能图2 耗尽层内的能量带图-e Υs 也考虑进去.这样,N 区导带电子的能量要比金属导带电子的能量低e Υs ,也即N 型半导体的能带相对于金属的能带降低一个量值e Υs.因此当金属-半导体结形成后,其能带将呈向上弯曲的状态(图2).这个向上弯曲的能带对电子形成一个阻止其由半导体向金属扩散的势垒,此势垒就是肖特基表面势垒.图2中的E cs 表示半导体的导带底;E F M 和E F s 分别为金属和半导体的费米能级;E rs 表示半导体的价带顶. 金属-半导体结的伏安特性同PN 结的伏安特性相似,都具有单向导电的整流特性.同样的分析方法可知,金属和P 型半导体接触时,当P 型半导体的逸出功大于金属的逸出功时,也可形成肖特基势垒.不过在这种情况下,金属带正电,半导体带负电,P 区导带电子的能量要比金属导带电子的能量高e Υs ,也即P 型半导体的能带相对于金属的能带要高一个能量值e Υs.金属-半导体结形成后,其能带将呈向下弯曲的状态. 显然,P 型半导体和N 型半导体与金属接触时,都有可能形成肖特基势垒.但在实际制作肖特基二极管时,由于电子比空穴的迁移率高,容易获得优良的特性,故多采用N 型半导体.2 欧姆接触 欧姆接触是半导体器件的金属引线与半导体材料之间的另一种接触方式.为了不影响半导体器件的性能,必须使金属电极与半导体的接触是低阻值的,接触电势与电流无关(即无整流作用),其伏安特性是线性的.当金属和半导体接触时,前面已谈到形成肖特基451烟台师范学院学报(自然科学版)第16卷 势垒的两种情况,还有两种情况会形成欧姆接触. 仍以N 型半导体为例.若N 型半导体的逸出功大于金属的逸出功,这种费米能级的差别意味着在金属内部和半导体导带相对应的那部分能级上,电子的密度大于半导体导带的电子密度,于是当两者接触时,电子便从金属向半导体扩散,结果使金属表面带正电,N 型半导体表面附近形成电子的积累层,从而表现出高导电的特性,也即低阻值、无整流图3 积累层的能带图的特性,其积累层的能带如图3所示.同样的分析方法可知,当金属和P 型半导体接触时,若P 型半导体的逸出功小于金属的逸出功,便在P 型半导体表面附近形成空穴的积累层,从而也表现出高导电、无整流的特性.上述两种接触由于不存在表面势垒,当然不能作为非线性电阻,但可作为半导体和金属电极之间的欧姆接触. 值得注意的是,在上面的分析中,我们都基于一种简化的理想状态,即将金属和半导体相接触所出现的四种情况只决定于逸出功,实际上,表面势垒的形成还和半导体表面能态的性质及密度有关.3 肖特基二极管及应用 肖特基二极管是近年来问世的一种低功耗、大电流、超高速的半导体整流器件,其内图4 肖特基二极管结构图部结构如图4所示.它以N 型半导体为基片,在上面形成用砷作掺杂剂的N -型外延层,阳极采用贵金属钼作材料,二氧化硅用来消除边缘区域的电场,提高管子的耐压值.N 型基片具有很小的导通电阻,其掺杂浓度较N -型层要高100倍.在N 型基片下面形成N +型阴极层,其作用是形成欧姆接触.通过调整结构参数,可在基片与阳极金属之间形成合适的肖特基势垒.加上正偏电压时,即金属接正极、N 型基片接负极,势垒变窄;加反偏电压时,势垒变宽.可见,在肖特基二极管的结构中,金属与半导体之间既有欧姆接触,又有肖特基势垒. 肖特基二极管的结构及原理与PN 结二极管有很大区别.前者仅用一种载流子,在势垒外侧无过剩载流子的积累,因此不存在电荷的储存问题,反向恢复电荷近于零,使开关特性得到明显改善,反向恢复时间可缩短到10n s 以内,但其反向耐压较低,一般不超过100V .因此被广泛用作高频、低压、大电流整流,近年来又被用于微波混频和检波,尤其在微波鉴频器中,两个支路的检波器特性应尽可能一致且稳定可靠,比较理想的是肖特基二极管检波器,因此这种半导体器件是微波领域中一种重要的微波器件.参考文献:[1] 〔美〕森吐瑞,韦德劳著,清华大学应用电子学及电工学教研组译.电子线路及应用〔M 〕.北京:人民邮电出版社,1981.186—187.[2] 王蕴仪等.微波器件与电路〔M 〕.南京:江苏科学技术出版社,1981.3—6.551第2期孟庆忠:肖特基势垒和欧姆接触651烟台师范学院学报(自然科学版)第16卷 Schottcky barr ier and Ohm ic con tactM EN G Q ing2zhong(Physics D epartm ent of N o r m al Co llege,Q ingdao U niversity,Q ingdao266071,Ch ina)Abstract:T he m echan is m w h ile the m etal and sem iconducto r com e in to con tact each o th2 er is analysed by u sing the standpo in t of energy2band structu re.T he structu re and app li2 cati on of Scho ttcky di ode are also in troduced in b rief.Key words:Scho ttcky barrier;O hm ic con tact;Fer m i level(责任编辑 闫冬春)(上接第100页)Globa l pha se portra its of a four-order systemKAN G Dong2sheng(D epartm ent of M athem atics,Zhum adian T eachers Co llege,Zhum adian463000,Ch ina)Abstract:T he fin ite and infin ite singu lar po in ts of a fou r2o rder system are studied.Its global phase po rtraits are derived.Key words:fou r2o rder system;singu lar po in t;phase p lane;phase po rtrait(责任编辑 闫冬春)。
半导体的欧姆接触
半导体的欧姆接触(2012-03-30 15:06:47)转载▼标签：杂谈分类：补充大脑1、欧姆接触欧姆接触是指这样的接触：一是它不产生明显的附加阻抗；二是不会使半导体内部的平衡载流子浓度发生显著的改变。
从理论上说，影响金属与半导体形成欧姆接触的主要因素有两个：金属、半导体的功函数和半导体的表面态密度。
对于给定的半导体，从功函数对金属－半导体之间接触的影响来看，要形成欧姆接触，对于n型半导体，应该选择功函数小的金属，即满足Wm《Ws，使金属与半导体之间形成n型反阻挡层。
而对于p型半导体，应该选择功函数大的金属与半导体形成接触，即满足Wm》Ws，使金属与半导体之间形成p型反阻挡层。
但是由于表面态的影响，功函数对欧姆接触形成的影响减弱，对于n型半导体而言，即使Wm《Ws，金属与半导体之间还是不能形成性能良好的欧姆接触。
目前，在生产实际中，主要是利用隧道效应原理在半导体上制造欧姆接触。
从功函数角度来考虑，金属与半导体要形成欧姆接触时，对于n型半导体，金属功函数要小于半导体的功函数，满足此条件的金属材料有Ti、In。
对于p型半导体，金属功函数要大于半导体的功函数，满足此条件的金属材料有Cu、Ag、Pt、Ni。
2、一些常用物质的的功函数物质Al Ti Pt In Ni Cu Ag Au功函数4.3 3.95 5.35 3.7 4.5 4.4 4.4 5.203、举例n型的GaN——先用磁控溅射在表面溅射上Ti/Al/Ti三层金属，然后在卤灯/硅片组成的快速退火装置上进行快速退火：先600摄氏度—后900摄氏度——形成欧姆接触；p型的CdZnTe——磁控溅射仪上用Cu－3％Ag合金靶材在材料表面溅射一层CuAg合金。
欧姆接触[编辑]欧姆接触是半导体设备上具有线性并且对称的果电流-这些金属片通过光刻制程布局。
低电阻，稳定接触的欧姆接触是影响集成电路性能和稳定性的关键因素。
它们的制备和描绘是电路制造的主要工作。
金属和半导体形成低阻欧姆接触
21
铝铜合金
由于铝的低电阻率及其与硅片制造工艺的兼容性，因 此被选择为IC的主要互连材料。然而铝有众所周知的 电迁徒引起的可靠性问题。由于电迁徒，在金属表面 金属原子堆起来形成小丘（如图所示）如果大量的小 丘形成，毗邻的连线或两层之间的连线有可能短接在 一起。
当少量百分比的铜与铝形成合金，铝的电迁移现象会 被显著的改善。
层间介质（ILD:Inner Layer Dielectric ）：是绝缘材
料，它分离了金属之间的电连接。ILD一旦被淀积，便被 光刻刻蚀成图形，以便为各金属层之间形成通路。用金属 （通常是钨 W）填充通孔，形成通孔填充薄膜。
6
对IC金属化系统的主要要求
(1) 低阻互连
(2) 金属和半导体•形H成i低gh阻s欧p姆ee接d触 (3) 与下面的氧化•层H或i其gh它r介e质lia层b的il粘it附y性好 (4) 对台阶的覆盖•好High density
1. 电阻率的减小：互连金属线的电阻率减小 可以减少信号的延迟，增加芯片速度。
18
3. Al 与二氧化硅的反应
4Al+3SiO22Al2O3+3Si 会使铝穿透下面的SiO2绝缘层，导致电极间 的短路失效。
19
合金化
合金化的目的是使接触孔中的金属与硅之间形成低 阻欧姆接触，并增加金属与二氧化硅之间的附着力
在硅片制造业中，常用的各种金属和金属合金
铝 铝铜合金 铜 硅化物 金属填充塞 阻挡层金属
• 后果： 电迁移会使金属离子在阳极端堆积，形成 小丘或晶须，造成电极间短路，在阴极端由于金属空 位的积聚而形成空洞，导致电路开路
17
解决方法： 采用Al-Cu或Al-Si-Cu（硅1.2～2％，铜
肖特基与欧姆接触
94學年度第二學期無機與有機光電半導體材料與元件-期末報告The formation of Schottky and Ohmic contact in semiconductor組員：蕭傑予、李鴻昌一．Schottky contact:1.Definition：Metal-semiconductor contact having a large barrier height and a low doping concentration.2.整流介紹：以n-type半導體為例equilibrium forward bias reverse bias順偏有大量電子流從n-type半導體流入metal 逆偏則兩邊的電子流都超小數學推導如下二. Ohmic contact:1.Definition ：Metal-Semiconductor contact that has a negligible contact resistance relative to the bulk or series resistance of the semiconductor.2.Specific contact resistance ：(1)With low doping concentrations, thermionicemission dominates the current.[]1-e kTq -exp(T *A J qV/kTBn 2n φ=⇒由公式知ΦBn 越大Rc越大 ,但是在low doping concentrations可以看出和N D 無關(2) With high concentrations, tunneling dominatesthe current.由公式知ΦBn 越大Rc越大,N D 越大則Rc越小, 表示N D 越大tunneling current越大,導致Rc 變小三. Manufacture:1. Schottky contact因元件的表面會有表面能態(surface state)密度累積電荷的緣故而產生空乏區，這種空乏區稱為表面空乏區。
欧姆接触
1.1 金属-半导体接触的基本原理金属-半导体接触（金半接触）是制作半导体器件中十分重要的问题，接触情况直接影响到器件的性能。
从性质上可以将金属-半导体接触分为肖特基接触和欧姆接触。
肖特基接触的特点是接触区的电流-电压特性是非线性的，呈现出二极管的特性，因而具有整流效应，所以肖特基接触又叫整流接触。
欧姆接触的特点是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产生明显的改变。
理想的欧姆接触的接触电阻与半导体器件相比应当很小，当有电流通过时，欧姆接触上的电压降应当远小于半导体器件本身的电压降，因而这种接触不会影响器件的电流-电压特性[1]。
下面将从理论上对金属-半导体接触进行简要的分析。
1.2欧姆接触本章1.1节中提到，当金属-半导体接触的接触区的I-V曲线是线性的，并且接触电阻相对于半导体体电阻可以忽略不计时，则可被定义为欧姆接触（ohmic contact）[1]。
良好的欧姆接触并不会降低器件的性能，并且当有电流通过时产生的电压降比器件上的电压降还要小。
1.2.1欧姆接触的评价标准良好的欧姆接触的评价标准是[4]：1)接触电阻很低，以至于不会影响器件的欧姆特性，即不会影响器件I-V的线性关系。
对于器件电阻较高的情况下（例如LED器件等），可以允许有较大的接触电阻。
但是目前随着器件小型化的发展，要求的接触电阻要更小。
2)热稳定性要高，包括在器件加工过程和使用过程中的热稳定性。
在热循环的作用下，欧姆接触应该保持一个比较稳定的状态，即接触电阻的变化要小，尽可能地保持一个稳定的数值。
3)欧姆接触的表面质量要好，且金属电极的黏附强度要高。
金属在半导体中的水平扩散和垂直扩散的深度要尽可能浅，金属表面电阻也要足够低。
1.2.3欧姆接触电极的制作要点上节指出，制作欧姆接触时，可以提高掺杂浓度或降低势垒高度，或者两者并用。
这就为如何制得良好的欧姆接触提供了指导。
主要有以下方面：1)半导体衬底材料的选择掺杂浓度越高的衬底越容易形成欧姆接触。
欧姆接触 ppt课件
阱产生的界面电流(图中未绘出)。
欧姆接触的实现
• 目标:在接触区域形成高掺杂，形成高的激活率、光滑的 表面以及较少的缺陷
• 传统N极SiC材料的制备
• 掺杂方式：离子注入
• 实现步骤：用高能量的离子打入半导体选择区域达到掺杂、 改性、退火和隔离等工序
欧姆接触的实现
• 剥离工艺制作N极GaN半导体
• 步骤： 1. 在 Si(111)衬底上外延生长镓极性
是GaN 2. 将镓极性是GaN表面粘合到
Si(100) 3. 再将粘连 Si(100)的镓极性GaN倒
置,采用激光剥离工艺将 Si (111) 衬底剥离
欧姆接触的实现
• 生长工艺制作N极GaN半导体（ Sumiya M ）
ห้องสมุดไป่ตู้
• 欧姆接触原理：任何相接触的固体的费 米能级必须相等，费米能级和真空能级 的差值称为功函数，因此接触的金属和 半导体具有不同的功函数。
Ti/Al/Ni/Au合金与GaN的欧姆接触
欧姆接触工艺的优势
• 低电阻 • 高稳定性
欧姆接触工艺的优势
• 低电阻 • 高稳定性
• 欧姆接触的特点是接触点不产 生明显的附加电阻
欧姆接触的实现
从I/V特性曲线分析比接触电阻
欧姆接触工艺的进展和展望
欧姆接触工艺的进展和展望
欧姆接触工艺的进展和展望
N极GaN样品的AFM测试形貌
欧姆接触工艺的进展和展望
• 目标：制造稳定性更好的比接触电阻率更低的欧 姆接触器件
1. 进一步研究欧姆接触的形成机理和物理模型 2. 精确控制离子的注入，使掺杂纯度、区域、浓度尽可
欧姆接触
25
铜在硅和二氧化硅中都有很高的扩散率，这种高 扩散率将破坏器件的性能。可淀积一层阻挡层金属， 作用是阻止层上下的材料互相混合（见下图）。其厚 度对 0.25µm 工艺来说为 100nm ；对 0.35µm 工艺来说为 400～600nm。
阻挡层金属 铜
铜需要由一层薄膜阻挡层完全封闭起来，这层封闭 薄膜的作用是加固附着并有效地阻止扩散。
熔点(C)
1412 1412 660 1083 3417 1670 2996 2620 1772
电阻率 (-cm)
109 500 – 525 2.65 1.678 8 60 13 – 16 5 10
21
铝铜合金
由于铝的低电阻率及其与硅片制造工艺的兼容性，因 此被选择为IC的主要互连材料。然而铝有众所周知的 电迁徒引起的可靠性问题。由于电迁徒，在金属表面 金属原子堆起来形成小丘（如图所示）如果大量的小 丘形成，毗邻的连线或两层之间的连线有可能短接在 一起。 当少量百分比的铜与铝形成合金，铝的电迁移现象会 被显著的改善。 Al-Si-Cu (0.5%)合金是最常使用的连线金属
由于在优化超大规模集成电路的性能方面，需要进一步 按比列缩小器件的尺寸，因此在源 / 漏和第一金属层之 间电接触的面积是很小的。这个小的接触面积将导致接 触电阻增加。一个可提供稳定接触结构、减小源 / 漏区 接触电阻的工艺被称为自对准硅化物技术。它能很好地 与露出的源、漏以及多晶硅栅的硅对准。许多芯片的性 能问题取决于自对准硅化物的形成（见下图）。
常用扩散阻挡层：TiN, TiW
较好的方法是采用阻挡层, Ti 或 TiSi2有好的接触和黏附 性,TiN 可作为阻挡层
16
2.铝的电迁移
肖特基势垒和欧姆接触_孟庆忠
烟台师范学院学报(自然科学版)Yantai T eachers U niversity Journal (N atural Science )2000,16(2):153-156教学研究 收稿日期:2000203218 作者简介:孟庆忠(1942—),男,教授,大学本科,从事电子技术基础理论研究.肖特基势垒和欧姆接触孟 庆 忠(青岛大学师范学院物理系,山东青岛266071)摘要:用能带结构的观点分析了金属和半导体相接触时的机理,并简要介绍了肖特基二极管的构造及应用.关键词:肖特基势垒;欧姆接触;费米能级中图分类号:TN 710.1 文献标识码:A 文章编号:100424930(2000)022******* P 型半导体和N 型半导体通过掺杂方式结合而成的PN 结,是一种比较复杂的半导体结构.这种结构的重要特征之一是在结的相邻两侧,两种载流子的分布具有不对称的特性,从而形成载流子的浓度梯度,结果使PN 结具有非线性的伏安特性.在制造半导体器件的过程中,除了有PN 结之外,还会遇到金属和半导体相接触的情况,这种接触(指其间距离只有几个埃)有时会在半导体表面形成载流子的积累层,从而表现出低阻特性,其伏安特性是线性的;有时会在半导体表面形成载流子的耗尽层(阻挡层),出现表面势垒,其伏安特性与PN 结相似,呈非线性状态.上述两种情况在实际应用中都有用到之处〔1〕,前者可用来作欧姆接触,后者可用来制作肖特基势垒二极管.1 肖特基势垒 从能级的观点来看,要使金属或半导体中的电子脱离原子核的束缚成为体外自由电子,就必须做功.因为金属或半导体内的绝大多数电子都比体外电子处于较低的能级.物体对电子束缚的强弱决定于物体的性质和表面情况,我们称之为逸出功.显然,逸出功越大,电子越不容易离开物体.由半导体物理学知识可知,物体的逸出功等于体外静止电子的能量与该物体费米能级之差. 现以N 型半导体为例.如果N 型半导体的逸出功小于金属的逸出功,这种费米能级的差别意味着在金属内部和半导体导带相对应的那部分能级上,电子的密度要小于半导体导带的电子密度,因此当它们接触时,电子便从半导体向金属扩散,结果使金属带负电,半导体带正电.对于金属而言,负电荷只能分布在表面;而对于N 型半导体来说,施主杂质失去电子成为正离子,由于掺杂浓度有限,这些正离子必须分布在一定厚度的空间电荷区内,其间的载流子(电子)浓度几乎为零,因而形成了高阻的耗尽层,电荷分布如图1所图1 金属半导体结的电荷分布示〔2〕.空间电荷区产生内建电场E i ,其方向为由N 型半导体指向金属.运用一维泊松方程可得Εd E i d x=e N D ,(1)式中Ε为半导体的介电常数,e 为电子的电量,N D 为N 型半导体的掺杂浓度.由(1)式便可求得金属-半导体结的电场分布为E i (x )=e N D Ε(x -W 0),(2)式中W 0为耗尽层的宽度.由电场E 和电势Υ的关系Υ(x )=-∫x 0E i (x )d x 可求得电势的分布为Υ(x )=-e N D 2Ε(x -W 0)2.(3)当x =0时,(3)式变为Υs =e N D 2ΕW 20.式中Υs 称为金属-半导体结的接触电势差或内建电势差〔2〕.在考虑金属-半导体结的能带时,应将这一电势差所引起的附加电子静电势能图2 耗尽层内的能量带图-e Υs 也考虑进去.这样,N 区导带电子的能量要比金属导带电子的能量低e Υs ,也即N 型半导体的能带相对于金属的能带降低一个量值e Υs.因此当金属-半导体结形成后,其能带将呈向上弯曲的状态(图2).这个向上弯曲的能带对电子形成一个阻止其由半导体向金属扩散的势垒,此势垒就是肖特基表面势垒.图2中的E cs 表示半导体的导带底;E F M 和E F s 分别为金属和半导体的费米能级;E rs 表示半导体的价带顶. 金属-半导体结的伏安特性同PN 结的伏安特性相似,都具有单向导电的整流特性.同样的分析方法可知,金属和P 型半导体接触时,当P 型半导体的逸出功大于金属的逸出功时,也可形成肖特基势垒.不过在这种情况下,金属带正电,半导体带负电,P 区导带电子的能量要比金属导带电子的能量高e Υs ,也即P 型半导体的能带相对于金属的能带要高一个能量值e Υs.金属-半导体结形成后,其能带将呈向下弯曲的状态. 显然,P 型半导体和N 型半导体与金属接触时,都有可能形成肖特基势垒.但在实际制作肖特基二极管时,由于电子比空穴的迁移率高,容易获得优良的特性,故多采用N 型半导体.2 欧姆接触 欧姆接触是半导体器件的金属引线与半导体材料之间的另一种接触方式.为了不影响半导体器件的性能,必须使金属电极与半导体的接触是低阻值的,接触电势与电流无关(即无整流作用),其伏安特性是线性的.当金属和半导体接触时,前面已谈到形成肖特基451烟台师范学院学报(自然科学版)第16卷 势垒的两种情况,还有两种情况会形成欧姆接触. 仍以N 型半导体为例.若N 型半导体的逸出功大于金属的逸出功,这种费米能级的差别意味着在金属内部和半导体导带相对应的那部分能级上,电子的密度大于半导体导带的电子密度,于是当两者接触时,电子便从金属向半导体扩散,结果使金属表面带正电,N 型半导体表面附近形成电子的积累层,从而表现出高导电的特性,也即低阻值、无整流图3 积累层的能带图的特性,其积累层的能带如图3所示.同样的分析方法可知,当金属和P 型半导体接触时,若P 型半导体的逸出功小于金属的逸出功,便在P 型半导体表面附近形成空穴的积累层,从而也表现出高导电、无整流的特性.上述两种接触由于不存在表面势垒,当然不能作为非线性电阻,但可作为半导体和金属电极之间的欧姆接触. 值得注意的是,在上面的分析中,我们都基于一种简化的理想状态,即将金属和半导体相接触所出现的四种情况只决定于逸出功,实际上,表面势垒的形成还和半导体表面能态的性质及密度有关.3 肖特基二极管及应用 肖特基二极管是近年来问世的一种低功耗、大电流、超高速的半导体整流器件,其内图4 肖特基二极管结构图部结构如图4所示.它以N 型半导体为基片,在上面形成用砷作掺杂剂的N -型外延层,阳极采用贵金属钼作材料,二氧化硅用来消除边缘区域的电场,提高管子的耐压值.N 型基片具有很小的导通电阻,其掺杂浓度较N -型层要高100倍.在N 型基片下面形成N +型阴极层,其作用是形成欧姆接触.通过调整结构参数,可在基片与阳极金属之间形成合适的肖特基势垒.加上正偏电压时,即金属接正极、N 型基片接负极,势垒变窄;加反偏电压时,势垒变宽.可见,在肖特基二极管的结构中,金属与半导体之间既有欧姆接触,又有肖特基势垒. 肖特基二极管的结构及原理与PN 结二极管有很大区别.前者仅用一种载流子,在势垒外侧无过剩载流子的积累,因此不存在电荷的储存问题,反向恢复电荷近于零,使开关特性得到明显改善,反向恢复时间可缩短到10n s 以内,但其反向耐压较低,一般不超过100V .因此被广泛用作高频、低压、大电流整流,近年来又被用于微波混频和检波,尤其在微波鉴频器中,两个支路的检波器特性应尽可能一致且稳定可靠,比较理想的是肖特基二极管检波器,因此这种半导体器件是微波领域中一种重要的微波器件.参考文献:[1] 〔美〕森吐瑞,韦德劳著,清华大学应用电子学及电工学教研组译.电子线路及应用〔M 〕.北京:人民邮电出版社,1981.186—187.[2] 王蕴仪等.微波器件与电路〔M 〕.南京:江苏科学技术出版社,1981.3—6.551第2期孟庆忠:肖特基势垒和欧姆接触651烟台师范学院学报(自然科学版)第16卷 Schottcky barr ier and Ohm ic con tactM EN G Q ing2zhong(Physics D epartm ent of N o r m al Co llege,Q ingdao U niversity,Q ingdao266071,Ch ina)Abstract:T he m echan is m w h ile the m etal and sem iconducto r com e in to con tact each o th2 er is analysed by u sing the standpo in t of energy2band structu re.T he structu re and app li2 cati on of Scho ttcky di ode are also in troduced in b rief.Key words:Scho ttcky barrier;O hm ic con tact;Fer m i level(责任编辑 闫冬春)(上接第100页)Globa l pha se portra its of a four-order systemKAN G Dong2sheng(D epartm ent of M athem atics,Zhum adian T eachers Co llege,Zhum adian463000,Ch ina)Abstract:T he fin ite and infin ite singu lar po in ts of a fou r2o rder system are studied.Its global phase po rtraits are derived.Key words:fou r2o rder system;singu lar po in t;phase p lane;phase po rtrait(责任编辑 闫冬春)。
第七章 半导体的接触现象
第七章 半导体的接触现象半导体的接触现象主要有半导体与金属之间的接触（肖特基结和欧姆接触）、半导体与半导体之间的接触（同质结和异质结）及半导体与介质材料之间的接触。
§7-1 外电场中的半导体无外加电场时，均匀掺杂的半导体中的空间电荷处处等于零。
当施加外电场时，在半导体中引起载流子的重新分布，从而产生密度为)(rρ的空间电荷和强度为)(r∈的电场。
载流子的重新分布只发生在半导体的表面层附近，空间电荷将对外电场起屏蔽作用。
图7-1a 表示对n 型半导体施加外电场时的电路图。
在图中所示情况下，半导体表面层的电子密度增大而空穴密度减小（见图7-1b 、c ），从而产生负空间电荷。
这些空间电荷随着离开样品表面的距离的增加而减少。
空间电荷形成空间电场s ∈，在半导体表面s ∈达到最大值0s ∈（见图7-1d ）。
空间电场的存在将改变表面层电子的电势和势能（见图7-1e 、f ），从而改变样品表面层的能带状况（见图7-1g ）。
电子势能的变化量为)()(r eV r U -=，其中)(r V是空间电场（也称表面层电场）的静电势。
此时样品的能带变化为)()(r U E r E c c+=)(r E v =)(r U E v+ （7-1） 本征费米能级变化为 )()(r U E r E i i+=杂质能级变化为 )()(r U E r E d d+= （7-2）由于半导体处于热平衡状态，费米能级处处相等。
因此费米能级与能带之间的距离在表面层附近发生变化。
无外电场时这个距离为（f c E E -）和（v f E E -） （7-3）而外场存在时则为[]f c E r U E -+)( 和-f E [)(r U E v+] （7-4）比较（7-3）和（7-4）式则知如果E c 和E f 之间的距离减少)(r U，E f 与E v 之间的距离则增加)(r U。
当外电场方向改变时，n 型半导体表面层的电子密度将减少，空穴密度将增加，在样品表面附近的导电类型有可能发生变化，从而使半导体由n 型变为p 型，产生反型层，在离表面一定距离处形成本征区，此处的费米能级位于禁带的中央，见图7-2。
名词解释(半导体物理)
直接带隙半导体：导带边和价带边处于k空间相同点的半导体通常被称为直接带隙半导体。
电子要跃迁的导带上产生导电的电子和空穴（形成半满能带）只需要吸收能量。
例子有GaAs，InP,InSb。
间接带隙半导体：导带边和价带边处于k空间不同点的半导体通常被称为间接带隙半导体。
形成半满能带不只需要吸收能量，还要该变动量。
例子有Ge，Si。
准费米能级：非平衡态的电子与空穴各自处于热平衡态--准平衡态,可以定义EFn、EFp分别为电子和空穴的准费米能级。
有效质量：在讨论半导体的载流子在外场力的作用下的运动规律时，由于载流子既受到外场的作用，又受到晶体内部周期性势场的作用，只要将内部势场的复杂作用包含在引入的有效质量中，并用它来代替惯性质量，就可以方便地采用经典力学定律来描写。
由于晶体的各向异性，有效质量和惯性质量不一样，它是各向异性的。
有效质量是半导体内部势场的概括。
纵向有效质量和横向有效质量：由于半导体材料的k空间等能面是椭球面，有效质量是各向异性的。
在回旋共振实验中，当磁感应强度相对晶轴有不同取向时，可以得到为数不等的吸收峰，在分析时引入纵向有效高质量和横向有效质量表示旋转椭球等能面在长轴方向和短轴方向上的有效质量的差别。
是晶体各向异性的反映。
扩散长度: 指的是非平衡载流子在复合前所能扩散深入样品的平均距离,它由扩散系数和材料的非平衡载流子的寿命决定,即L=√Dt。
牵引长度：是指非平衡载流子在电场E作用下，在寿命t时间内所漂移的的距离, 即L(E)=Eut,有电场,迁移率和寿命决定。
费米能级：表示系统处于热平衡状态时，在不对外做功的情况下，增加一个电子所引起系统能量的变化。
它标志了电子填充能级水平，与温度，材料的导电类型以及掺杂浓度等因素有关。
电子亲和势：表示要使得半导体导带底的电子逃逸出体外（相对于真空能级）所需的最小能量，对半导体材料而言，它与导电类型，掺杂浓度无关。
复合中心：半导体中的杂质和缺陷可以在禁带中形成一定的能级，对非平衡载流子的寿命有很大的影响。
欧姆接触
7
为了将半导体器件与外部有效地联系起来， 必须首先在半导体和互连线之间制作接触。
早期结构是简单的AL/Si接触
Early structures were simple Al/Si contacts.
8
金属层和硅衬底形成什么接触？
12
常用的金属化材料
1.Al 是目前集成电路工艺中最常用的金属互连材料。 电阻率较低（ 20℃时具有2.65µΩ -cm ）；工艺
简单； 易形成低阻欧姆接触。
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铝互连
Via-4
Top Nitride
ILD-6
Metal-4 ILD-5
Metal-3 ILD-4
Bonding pad Metal-5 (Aluminum)
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Silicide Polycide Salicide
这三个名词对应的应用应该是一样的，都是Байду номын сангаас用硅 化物来降低连接电阻。但生成的工艺是不一样的
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硅化物 Silicide
Silicide就是金属硅化物，是由金属和 硅经过物理－化学反应形成的一种化合态， 其导电特性介于金属和硅之间
硅化物是一种具有热稳定性的金属化合 物，并且在硅/难熔金属的分界面具有低的 电阻率。在硅片制造业中，难熔金属硅化物 是非常重要的，因为为了提高芯片性能，需 要减小许多源漏和栅区硅接触的电阻。在铝 互连技术中，钛和钴是用于接触的普通难熔 金属。
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Polycide和Salicide则是分别指对着不同的形 成Silicide的工艺流程，下面对这两个流程的 区别简述如下：
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多晶硅上的多晶硅化物 Polycide
欧姆接触
Ti/Al/Ni/Au合金与GaN的欧姆接触
欧姆接触工艺的优势
• 低电阻
• 高稳定性
欧姆接触工艺的优势
• 低电阻
• 欧姆接触的特点是接触点不产 生明显的附加电阻
• 高稳定性
欧姆接触工艺的优势
• 低电阻
• 电阻不随温度、电流等改变而 改变 • 热稳定性高 • 金属电极与半导体电极的粘附 强度高，接触质量好
欧姆接触的实现
• 目标:在接触区域形成高掺杂，形成高的激活率、光滑的 表面以及较少的缺陷
• 传统N极SiC材料的制备
• 掺杂方式：离子注入 • 实现步骤：用高能量的离子打入半导体选择区域达到掺杂、 改性、退火和隔离等工序
欧姆接触的实现
• 剥离1)衬底上外延生长镓极性 是GaN 2. 将镓极性是GaN表面粘合到 Si(100) 3. 再将粘连 Si(100)的镓极性GaN倒 置,采用激光剥离工艺将 Si (111) 衬底剥离
• 高稳定性
欧姆接触的原理
W E0 EF
EF
E0
W
欧姆接触的原理
• 接触前：
E0
EF s EF m
Efm
Ws Wm Efs
欧姆接触的原理
• 接触时： • 半导体电势提高，金属电 势降低，直到二者费米能 级相平 • 其中：
Efm E0 Vms Wm Ws Efs
• Vms称为表面态中的电势 差
MEMS工艺 ——欧姆接触工艺
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欧姆接触的概述 欧姆接触工艺的优势
欧姆接触的原理 欧姆接触的实现
欧姆接触工艺的进展和展望
欧姆接触的概述
• 定义：当金属与半导体接触并具有线性 的I-V特性或其接触电阻相对于半导体主 体可以忽略时称之为欧姆接触 • 肖特基接触：如果电流-电压特性曲线不 是线性的，这种接触便叫做肖特基接触 • 欧姆接触原理：任何相接触的固体的费 米能级必须相等，费米能级和真空能级 的差值称为功函数，因此接触的金属和 半导体具有不同的功函数。
欧姆接触
欧姆接触欧姆接触是指金属与半导体的接触，而其接触面的电阻值远小于半导体本身的电阻，使得组件操作时，大部分的电压降在活动区(Active region)而不在接触面。
欧姆接触在金属处理中应用广泛，实现的主要措施是在半导体表面层进行高掺杂或者引入大量复合中心。
概述简介欧姆接触指的是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。
条件欲形成好的欧姆接触，有二个先决条件：（1）金属与半导体间有低的势垒高度(Barrier Height)（2）半导体有高浓度的杂质掺入(N ≧10EXP12 cm-3)区别前者可使界面电流中热激发部分(Thermionic Emission)增加;后者则使半导体耗尽区变窄，电子有更多的机会直接穿透(Tunneling)，而同时使Rc阻值降低。
若半导体不是硅晶，而是其它能量间隙(Energy Cap)较大的半导体(如GaAs)，则较难形成欧姆接触 (无适当的金属可用)，必须于半导体表面掺杂高浓度杂质，形成Metal-n＋-n or Metal-p+-p等结构。
理论1任何两种相接触的固体的费米能级（Fermi level）（或者严格意义上，化学势）必须相等。
费米能级和真空能级的差值称作工函。
接触金属和半导体具有不同的工函，分别记为φM和φS。
当两种材料相接触时，电子将会从低工函一边流向另一边直到费米能级相平衡。
从而，低工函的材料将带有少量正电荷而高工函材料则会变得具有少量电负性。
最终得到的静电势称为内建场记为Vbi。
这种接触电势将会在任何两种固体间出现并且是诸如二极管整流现象和温差电效应等的潜在原因。
内建场是导致半导体连接处能带弯曲的原因。
明显的能带弯曲在金属中不会出现因为他们很短的屏蔽长度意味着任何电场只在接触面间无限小距离内存在。
欧姆接触或肖特基势垒形成于金属与n型半导体相接触。
欧姆接触或肖特基势垒形成于金属与p型半导体相接触。
在经典物理图像中，为了克服势垒，半导体载流子必须获得足够的能量才能从费米能级跳到弯曲的导带顶。
固体与半导体习题答案
固体与半导体习题答案固体物理是研究固体物质的物理性质及其与物质结构的关系的学科。
在固体物理中，半导体是一类特殊的材料，它们在电子设备中扮演着极其重要的角色。
半导体的导电性介于导体和绝缘体之间，可以通过掺杂、温度变化等手段来调节其导电性。
习题1：解释什么是半导体，以及它们与绝缘体和导体的区别。
半导体是一类材料，其导电性介于导体和绝缘体之间。
在室温下，半导体的电阻率比绝缘体小，但比金属导体大。
半导体的导电性可以通过改变其化学组成或物理条件（如温度、光照等）来调节。
与绝缘体相比，半导体允许一定量的电荷通过，而导体则允许大量电荷自由流动。
习题2：解释PN结的工作原理。
PN结是由P型半导体和N型半导体组成的结构。
P型半导体含有多余的空穴，而N型半导体含有多余的自由电子。
当P型和N型半导体接触时，它们之间的界面形成一个耗尽区，其中自由电子和空穴复合，导致耗尽区的电荷减少。
这个耗尽区阻止了更多的电子和空穴从各自的半导体区域移动到对方区域，从而形成了一个内建电场。
当外加电压时，这个电场可以被增强或削弱，从而控制电流的流动。
习题3：解释肖特基势垒（SB）和欧姆接触。
肖特基势垒是一种金属与半导体之间的接触，它表现出整流特性，即允许电流单向流动。
当金属与N型半导体接触时，金属的费米能级通常高于半导体的费米能级，导致电子从半导体流向金属，形成势垒。
这种势垒阻碍了电子的反向流动，使得电流只能单向流动。
欧姆接触则是一种金属与半导体之间的接触，它不表现出整流特性，即允许电流双向流动。
在欧姆接触中，金属与半导体的费米能级相互对齐，使得电子可以自由地在金属和半导体之间流动。
习题4：解释载流子浓度对半导体导电性的影响。
在半导体中，导电性主要由载流子（电子和空穴）的浓度决定。
载流子的浓度越高，半导体的导电性越好。
通过掺杂，可以增加半导体中的载流子浓度。
例如，向硅中掺入磷（P）可以增加自由电子的浓度，从而提高硅的导电性，形成N型半导体。
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欧姆接触是半导体设备上具有线性并且对称的电流-电压特性曲线（I-V curve）的区域。
如果电流-电压特性曲线不是线性的，这种接触便叫做肖特基接触。
理论：任何相接触的固体的费米能级（化学势）必须相等，费米能级和真空能级的差值称为功函数，因而，接触的金属和半导体具有不同的功函数。
当两种材料相接触的时候电子会从低功函数的的一端流向另一端直到费米能级平衡；从而低功函数的材料带有少量正电荷，高功涵的材料带有少量负电荷，最终得到的静电势称为内建场。
内建场是导致半导体连接处能带弯曲的原因。
欧姆接触是指金属与半导体的接触，而其接触面的电阻值远小于半导体本身的电阻，使得组件操作时，大部分的电压降在活动区(Active region)而不在接触面。
欲形成好的欧姆接触，有二个先决条件：
（1）金属与半导体间有低的势垒高度(Barrier Height)使界面电流中热激发部分(Thermionic Emission)增加
（2）半导体有高浓度的杂质掺入(N ≧10EXP12 cm-3) 使半导体耗尽区变窄，电子有更多的机会直接穿透(Tunneling)，而同时使Rc阻值降低。
若半导体不是硅晶，而是其它能量间隙(Energy Cap)较大的半导体(如GaAs)，则较难形成欧姆接触 (无适当的金属可用)，必须于半导体表面掺杂高浓度杂质，形成Metal-n＋-n or Metal-p+-p等结构。
肖特基接触是指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。
与之对应的是欧姆接触，界面处势垒非常小或者是没有接触势垒。
理论：当半导体与金属接触的时候由于半导体的电子逸出功一般比金属小，电子就从半导体流入了金属，在半导体的表面层形成一个带正电不可移动的杂质离子组成的空间电荷区域。
电场方向由半导体指向金属，阻止电子继续向金属中扩散。
界面处半导体能带发生了弯曲，想成一个高势能区，这就是肖特基势垒。
肖特基势垒的高度是金属和半导体的逸出功的差值。