半导体器件物理课件——第四章课件

1 C2
qk02 NdA2VR0
（4-7）
4.1肖特基势垒
与P-N结情形一样，可以给出 1 C 2 与 V R 的关系曲线以得到直线关系
（图4-3）。从中可以计算出自建电势和半导体的掺杂浓度。
14
12 10
15
1 / C（c m/ F） 1 0
2
8
2
wenku.baidu.com
6
2
4
2
0
1 0
1
2
3
4
V R（ V ）
图4-3 钨硅和钨砷化镓的二极管1/C2与外加电压的对应关系
第四章 金属—半导体结
引言
• 金属—半导体形成的冶金学接触叫做金属—半导体结（M-S结）或金属－半导体接 触。把须状的金属触针压在半导体晶体上或者在高真空下向半导体表面上蒸镀大面 积的金属薄膜都可以实现金属—半导体结，前者称为点接触，后者则相对地叫做面 接触。金属—半导体接触出现两个最重要的效应：其一是整流效应，其二是欧姆效 应。前者称为整流接触，又叫做整流结。后者称为欧姆接触，又叫做非整流结。
4.1肖特基势垒
例题：从图4-3计算硅肖特基二极管的施主浓度、自建电势和势垒高度。 解 利用（4-7）式 ，写成
N d q2 0 k A 2d d V 1 R C 20 q2 0 k A 2 1 V C R 2
在图4-3中电容是按单位面积表示的，因此 A1 。我们求得 VR 1V 时： 1 C 2 6 1 0 1 5 ， V R 2 V 时 ， 1 C 2 1 0 . 6 1 0 1 5 ，因此
（4-1） （4-3） （4-5）
（4-6）
4.1肖特基势垒
教学要求
➢ 掌握公式
耗尽层
（ b）
（a）
图4-2 肖特基势垒的能带图（a）未加偏压（b）加有正向偏压
（c）加有反向偏压
4.1肖特基势垒
对于均匀掺杂的半导体，类似于 P N结，在空间电荷区解Poisson方程 可得空间电荷区宽度：
W2k0qN0dVR12
结电容：
1
CkW 0A2q0k0NVdR2 A
或
（4-5） （4-6）
• 金属—半导体结器件是应用于电子学的最古老的固态器件。 • 1874年布朗（Brawn）就提出了金属与硫化铅晶体接触间具有不对称的导电特性。 • 1906年皮卡德（Pickard）获得了硅点接触整流器专利。 • 1907年皮尔斯（Pierce）提出，在各种半导体上溅射金属可以制成整流二极管。 • 二十年代出现了钨－硫化铅点接触整流器和氧化亚铜整硫器。 • 1931年肖特基(Schottky)等人提出M-S接触处可能存在某种“势垒”的想法。 • 1932年威尔逊（Wilson）等用量子理论的隧道效应和势垒的概念解释了M-S接触的整
流效应。
引言
• 1938年肖特基和莫特（Mott）各自独立提出电子以漂移和扩散的方式越过势垒的观 点。
• 同年，塔姆（Tamm）提出表面态的概念。 • 1947年巴丁（Bardein）提出巴丁势垒模型。 • 由于点接触二极管的重复性很差，50年代，在大多数情况下它们已由PN结二极管所
代替。 • 到70年代，采用新的半导体平面工艺和真空工艺来制造具有重复性的金属—半导体
（4-4）
4.1肖特基势垒
二、加偏压的肖特基势垒
• 正偏压：在半导体上相对于金属加一负电压 V 。
• 半导体—金属之间的电势差减少为 0 V， 变q成0
• 反偏压：正电压 V R加于半导体上。
• 势垒被提高到 q(0 （VR图) 4-2c）。
q(，0 V)
qb
q 0
qb
q(0 V)
qb
qV
qVR
q S －半导体功函数
q m －金属的功函数
qS qm
S －半导体的电子亲和势。
假设半导体表面没有表面态，接触是理想的，半导体能带直到表面都是平直的。
自建电势差 0
肖特基势垒高度
0 ms
qbqmxs
（4-1） （4-2）
或
b 0 Vn
（4-3）
其中 V nE cE FqV TlnN n CV TlnN N C d
1 V C R 2 4 .6 1 1 0 1 52 .1 7 1 0 1 6(V •F 2cm 2)
4.1肖特基势垒
VnV TlnN N d c 0.02 ln 6 2 2..6 8 1 11 10 09 50.24
由于从图4-3有0 0.4V，所以有
b0 V n 0 .4 0 .2 4 0 .64
➢ 与P-N结情形一样，可以由1 C 2 与V R 的关系曲线求出自建电势和半导体的掺杂
情况。
4.1肖特基势垒
教学要求
➢ 了解金属—半导体接触出现两个最重要的效应 ➢ 画出热平衡情况下的肖特基势垒能带图。 ➢ 掌握公式
0 ms
b 0 Vn
W2k0qN0dVR12
1
CkW 0A2q0k0NVdR2 A
接触，使金属—半导体结器件获得迅速的发展和应用。 • 非整流结不论外加电压的极性如何都具有低的欧姆压降而且不呈整流效应。这种接
触几乎对所有半导体器件的研制和生产都是不可缺少的部分，因为所有半导体器件 都需要用欧姆接触与其它器件或电路元件相连接。
4.1肖特基势垒
4.1肖特基势垒
一、肖特基势垒的形成（考虑金属与N-半导体）
➢ 肖特基势垒高0度为ms
（4-1）
qbqmxs
（4-2）
或
b 0 Vn
（4-3）
V nE cE FqV TlnN n CV TlnN N C d
（4-4）
4.1肖特基势垒
小结
➢ 画出了加偏压的的肖特基势垒能带图，根据能带图解释了肖特基势垒二极管的整流 特性。
➢ 由于金属中具有大量的电子，偏压情况下金属费米能级不变，因此 q b不变〔q b
4.1肖特基势垒
小结
➢ 金属—半导体接触出现两个最重要的效应：整流效应和欧姆效应。前者称为整流接 触，又叫做整流结。后者称为欧姆接触，又叫做非整流结。
➢ 金属与N型半导体接触如果金属的功函数大于半导体的功函数则将形成肖特基势垒。 ➢ 画出了热平衡情况下的肖特基势垒能带图。 ➢ 半导体空间电荷层自建电势为
不变亦可从公式（4-3）看出〕
➢ 解Poisson方程可得肖特基势垒的空间电荷区宽度
W2k0qN0dVR12
式中 N d 为半导体的掺杂浓度， V R 为反向偏压。
（4-5）
4.1肖特基势垒
小结
➢ 肖特基势垒结电容
1
CkW 0A2q0k0NVdR2 A
（4-6）
或
1 C2
qk02 NdA2VR0
（4-7）