半导体物理欧姆接触
半导体物理名词解释
半导体物理名词解释1.单电子近似：假设每个电子是在周期性排列且固定不动的原子核势场及其他电子的平均势场中运动。
该势场是具有与晶格同周期的周期性势场。
2.电子的共有化运动：原子组成晶体后，由于电子壳层的交叠，电子不再完全局限在某一个原子上，可以由一个原于转移到相邻的原子上去，因而，电子将可以在整个晶体中运动。
这种运动称为电子的共有化运动。
3.允带、禁带： N个原子相互靠近组成晶体，每个电子都要受到周围原子势场作用，结果是每一个N度简并的能级都分裂成距离很近能级，N个能级组成一个能带。
分裂的每一个能带都称为允带。
允带之间没有能级称为禁带。
4.准自由电子：内壳层的电子原来处于低能级，共有化运动很弱，其能级分裂得很小，能带很窄，外壳层电子原来处于高能级，特别是价电子，共有化运动很显著，如同自由运动的电子，常称为“准自由电子”，其能级分裂得很厉害，能带很宽。
6.导带、价带：对于被电子部分占满的能带，在外电场的作用下，电子可从外电场中吸收能量跃迁到未被电子占据的能级去，形成了电流，起导电作用，常称这种能带为导带。
下面是已被价电子占满的满带，也称价带。
8.（本证激发）本征半导体导电机构：对本征半导体，导带中出现多少电子，价带中相应地就出现多少空穴，导带上电子参与导电，价带上空穴也参与导电，这就是本征半导体的导电机构。
9.回旋共振实验意义：这通常是指利用电子的回旋共振作用来进行测试的一种技术。
该方法可直接测量出半导体中载流子的有效质量，并从而可求得能带极值附近的能带结构。
当交变电磁场角频率W等于回旋频率Wc时，就可以发生共振吸收，Wc=qB/有效质量10.波粒二象性，动量，能量P=m0v E=12P2m0P=hk1.间隙式杂质：杂质原子位于晶格原子间的间隙位置，称为间隙式杂质。
2.替位式杂质：杂质原子取代晶格原子而位于晶格点处，称为替位式杂质。
3.施主杂质与施主能级：能够释放电子而产生导电电子并形成正电中心。
它们称为施主杂质或n型杂质。
金属与半导体接触后如何形成欧姆接触__概述说明以及解释
金属与半导体接触后如何形成欧姆接触概述说明以及解释1. 引言1.1 概述金属与半导体接触后形成欧姆接触是实现电子器件正常工作的重要环节。
在现代电子技术中，金属与半导体之间的接触被广泛应用于各种电子器件中，如晶体管、二极管和集成电路等。
欧姆接触具有低接触电阻和稳定的电流传输特性，能够有效地实现金属与半导体之间的正常电荷传输。
因此，深入研究金属与半导体接触后形成欧姆接触的原理以及相关研究进展对于提高器件性能和发展新型器件具有重要意义。
1.2 文章结构本文将依次介绍金属与半导体相互作用原理、能带理论和费米能级对接触性质的影响、杂质浓度与载流子浓度之间的关系等方面内容。
随后，将详细讨论欧姆接触形成过程的研究进展，包括材料表面处理方法对欧姆接触的影响、接触面积和接触压力对欧姆接触性质的影响，以及界面反应动力学和电荷传输机制的研究进展。
接着介绍了欧姆接触测试方法及常用技术手段，并分析讨论了典型金属与半导体材料欧姆接触实验结果。
最后，总结实验结果并解释欧姆接触机制，同时指出目前研究中存在的不足并提出未来研究方向。
1.3 目的本文旨在系统地介绍金属与半导体接触后形成欧姆接触的原理、过程研究进展以及相关实验方法与结果分析。
通过深入探讨金属与半导体之间的相互作用机制、能带理论和费米能级对接触性质的影响以及杂质浓度与载流子浓度之间的关系，有助于提高对欧姆接触形成过程的理解。
此外，通过探索不同材料表面处理方法、接触面积和压力对欧姆接触性质的影响，并结合界面反应动力学和电荷传输机制等研究进展，可以为优化实验参数提供指导，并改善金属与半导体的欧姆接触质量。
最终，通过总结实验结果和展望未来研究方向，加深对欧姆接触机制的认识并进一步推动相关领域的发展。
2. 金属与半导体接触形成欧姆接触的原理2.1 金属与半导体相互作用金属和半导体之间的接触产生的电子传输是形成欧姆接触的基础。
当金属与半导体接触时，其能带结构和载流子浓度会发生变化，从而影响了电子在界面上的传输性质。
半导体物理与器件基础知识
一、肖特基势垒二极管欧姆接触：通过金属-半导体的接触实现的连接。
接触电阻很低。
金属与半导体接触时，在未接触时，半导体的费米能级高于金属的费米能级，接触后，半导体的电子流向金属，使得金属的费米能级上升。
之间形成势垒为肖特基势垒。
在金属与半导体接触处，场强达到最大值，由于金属中场强为零，所以在金属——半导体结的金属区中存在表面负电荷。
影响肖特基势垒高度的非理想因素：肖特基效应的影响，即势垒的镜像力降低效应。
金属中的电子镜像到半导体中的空穴使得半导体的费米能级程下降曲线。
附图：电流——电压关系：金属半导体结中的电流运输机制不同于pn结的少数载流子的扩散运动决定电流，而是取决于多数载流子通过热电子发射跃迁过内建电势差形成。
附肖特基势垒二极管加反偏电压时的I-V曲线：反向电流随反偏电压增大而增大是由于势垒降低的影响。
肖特基势垒二极管与Pn结二极管的比较：1.反向饱和电流密度（同上），有效开启电压低于Pn结二极管的有效开启电压。
2.开关特性肖特基二极管更好。
应为肖特基二极管是一个多子导电器件，加正向偏压时不会产生扩散电容。
从正偏到反偏时也不存在像Pn结器件的少数载流子存储效应。
二、金属-半导体的欧姆接触附金属分别与N型p型半导体接触的能带示意图三、异质结：两种不同的半导体形成一个结小结：1.当在金属与半导体之间加一个正向电压时，半导体与金属之间的势垒高度降低，电子很容易从半导体流向金属，称为热电子发射。
2.肖特基二极管的反向饱和电流比pn结的大，因此达到相同电流时，肖特基二极管所需的反偏电压要低。
10双极型晶体管双极型晶体管有三个掺杂不同的扩散区和两个Pn结，两个结很近所以之间可以互相作用。
之所以成为双极型晶体管，是应为这种器件中包含电子和空穴两种极性不同的载流子运动。
一、工作原理附npn型和pnp型的结构图发射区掺杂浓度最高，集电区掺杂浓度最低附常规npn截面图造成实际结构复杂的原因是：1.各端点引线要做在表面上，为了降低半导体的电阻，必须要有重掺杂的N+型掩埋层。
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。
半导体物理_第七章_金属和半导体的接触
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
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。
（2）波长为185 nm的紫外光光子的能量为
3 108 34 19 E hv h 6.62 10 1.6 10 6.7eV 9 185 10 c
发射出来的电子能量： E=E0-W=6.7-2.5=4.2 eV
习题
习题
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
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）；
半导体物理名词解释总结
半导体物理名词解释1.有效质量：a 它概括了半导体内部势场的作用，使得在解决导体中电子在外力作用下的运动规律时，可以不涉及半导体内部势场的作用 b 可以由实验测定，因而可以很方便的解决电子的运动规律2.空穴：定义价带中空着的状态看成是带正电荷的粒子，称为空穴意义a 把价带中大量电子对电流的贡献仅用少量的空穴表达出来b金属中仅有电子一种载流子，而半导体中有电子和空穴两种载流子，正是这两种载流子的相互作用，使得半导体表现出许多奇异的特性，可用来制造形形色色的器件3.理想半导体（理想与非理想的区别）：a 原子并不是静止在具有严格周期性的晶格的格点位置上，而是在其平衡位置附近振动b 半导体材料并不是纯净的，而是含有各种杂质即在晶格格点位置上存在着与组成半导体材料的元素不同其他化学元素的原子 c 实际的半导体晶格结构并不是完整无缺的，而存在着各种形式的缺陷4.杂质补偿：在半导体中，施主和受主杂质之间有相互抵消的作用通常称为杂质的补偿作用5.深能级杂质：非Ⅲ、Ⅴ族杂质在硅、锗的禁带中产生的施主能级距离导带较远，他们产生的受主能级距离价带也较远，通常称这种能级为深能级，相应的杂质为深能级杂质6.简并半导体：当E-E F》k o T不满足时，即f（E）《1，[1-f（E）]《1的条件不成立时，就必须考虑泡利不相容原理的作用，这时不能再应用玻耳兹曼分布函数，而必须用费米分布函数来分析导带中的电子及价带中的空穴的统计分布问题。
这种情况称为载流子的简并化，发生载流子简并化的半导体被称为简并半导体（当杂质浓度超过一定数量后，载流子开始简并化的现象称为重掺杂，这种半导体即称为简并半导体7.热载流子：在强电场情况下，载流子从电场中获得的能量很多，载流子的平均能量比热平衡状态时的大，因而载流子与晶格系统不再处于热平衡状态。
温度是平均动能的量度，既然载流子的能量大于晶格系统的能量，人们便引入载流子的有效温度T e来描写这种与晶格系统不处于热平衡状态时的载流子，并称这种状态载流子为热载流子8.砷化镓负阻效应：当电场达到一定値时，能谷1中的电子可从电场中获得足够的能量而开始转移到能谷2，发生能谷间的散射，电子的动量有较大的改变，伴随吸收或发射一个声子。
半导体物理_第七章_金属和半导体接触
2、如何实现欧姆接触？
总结
总结
总结
总结
总结
需修正:①镜像力；②隧道效应
总结
习题
习题
习题
Ehvhc6.62103470301100891.61019 1.78eV Ehvhc6.621034 40301100891.61019 3.10eV
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。
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
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
lபைடு நூலகம் >> 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。
欧姆接触现代半导体物理ppt课件
9.5 欧姆接触
金属-半导体的欧姆接触
金属-半导体之间为欧姆接 触时，金属的热电子功函 数应该等于半导体材料的 功函数，或者比N型半导体 的小（或者比P型半导体的 大），如图所示，半导体 表面为积累层。对于N型半 导体材料，电子从金属进 入N型半导体或从半导体进 入金属的势垒很小，或是 负的；同样对于P型半导体 材料，空穴从金属金土半 导体材料或从半导体材料 进入金属的势垒也很小， 或是负的。
4、如果两种材料接触处的电阻很小，而且电阻与电流方向及大小无 关，则称这种电接触为欧姆接触。
9.5 欧姆接触 形成欧姆接触的条件：
（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)
9.5 欧姆接触
欧姆接触的评价标准：
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。
为p型si半导体设计欧姆接触
为p型si半导体设计欧姆接触欧姆接触是一种电子学现象，是指当两个电极之间的接触电阻随着加入的电压增大而变小。
在半导体器件制造中，欧姆接触被广泛应用于p型和n型半导体器件的电极制作中。
本文将针对p型Si半导体的欧姆接触设计进行详细探讨。
1. 欧姆接触原理欧姆接触的原理可以通过欧姆定律来解释。
欧姆定律是指电流$I$与电压$V$之间的关系，即$I=V/R$，其中$R$为电阻。
在欧姆接触中，当两个接触金属与半导体接触时，接触电阻$R$会随着电压的升高而减小，这是因为当电压升高时，电子在金属外壳中的热运动增强，进一步促进更多电子从半导体向金属流动，从而导致接触电阻降低。
2. p型Si半导体欧姆接触设计在p型Si半导体的欧姆接触设计中，我们需要考虑以下因素：2.1 金属材料的选择选择合适的金属材料是欧姆接触设计中最关键的一步。
常用的金属材料包括Ti、Cr、Al和Au等。
Ti和Cr的粘附性强，可以很好地粘附到p型Si表面，并且它们的电学性能也比较适合制作欧姆接触。
而Al和Au的电学性能更优秀，但由于它们的粘附性不够强，需要在它们之上涂覆一层Ti或Cr来增强粘附力。
对于p型Si半导体的欧姆接触设计，建议选择Ti或Cr材料。
2.2 洁净度的保证在欧姆接触制作过程中，确保器件表面的洁净度是非常重要的。
因为器件表面的杂质和污染物会对接触电极的制造和性能产生很大影响。
需要在制作欧姆接触前，充分保证p型Si表面的洁净度。
2.3 接触面积的控制接触面积的大小会直接影响欧姆接触的电学特性。
一般来讲，接触面积越大，电流密度就越小，接触电阻就越小。
在设计欧姆接触时，需要合理控制接触面积，以达到最佳电学性能。
2.4 热处理的优化在欧姆接触制作过程中，热处理是一个非常重要的步骤。
热处理可以改善接触金属与p型Si之间的界面特性，促进更好的电子传输。
在制作欧姆接触时，需要对热处理的参数进行优化，以获得最佳的电学性能。
在设计p型Si半导体的欧姆接触时，需要考虑金属材料的选择、洁净度的保证、接触面积的控制以及热处理的优化等因素。
半导体物理-金半接触的整流输运理论 少子注入和欧姆接触
=
2V
=3 (2π
)3
dPxdPydPz
=
2V h3
dPxdPydPz
实空间单位体积中，动量空间单位体积dPxdPydPz中的电子数
( ) dn' =
2 dPx dPy dPz h3
exp⎜⎛ − ⎝
E − EF kT
⎟⎞ = ⎠
2 dPx dPy dPz h3
⎡ exp ⎢−
⎣
mn*
v
2 x
+
v
2 y
=
n0
⎜⎜⎝⎛
mn*
2πkT
⎟⎟⎠⎞3
/
2
exp
⎡ ⎢ ⎣
−
mn*
v
2 x
+
v
2 y
2kT
+
v
2 z
⎤ ⎥dvxdv ydvz ⎦
0
vx
x
sm
ln >> d
实空间单位面积，单位时间，速度vx(>0)的电子都可以到达金半界面，其数目为
( ) dN
=
n0
⎜⎜⎝⎛
mn*
2πkT
⎟⎟⎠⎞3/ 2
exp
⎡ ⎢− ⎣
xc
18/23
9.2 金半接触的整流输运理论11
9.2.5 pn结和肖特基势垒二极管
pn 少子器件, 电荷存贮效应
SBD 多子器件， 载流子无存贮
低频
高频
导通电压 ~ 0.6 导通电压 ~ 0.3
V
V
19/23
第九章 金半接触
9.1 金半接触的能带图 9.2 金半接触的整流输运理论 9.3 少子注入和欧姆接触
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
半导体物理习题及解答
第一篇习题 半导体中的电子状态1-1、 什么叫本征激发？温度越高，本征激发的载流子越多，为什么？试定性说明之。
1-2、 试定性说明Ge 、Si 的禁带宽度具有负温度系数的原因。
1-3、 试指出空穴的主要特征。
1-4、简述Ge 、Si 和GaAS 的能带结构的主要特征。
1-5、某一维晶体的电子能带为[])sin(3.0)cos(1.01)(0ka ka E k E --=其中E 0=3eV ，晶格常数a=5х10-11m 。
求：（1） 能带宽度；（2） 能带底和能带顶的有效质量。
第一篇题解 半导体中的电子状态 刘诺 编1-1、 解：在一定温度下，价带电子获得足够的能量（≥E g ）被激发到导带成为导电电子的过程就是本征激发。
其结果是在半导体中出现成对的电子-空穴对。
如果温度升高，则禁带宽度变窄，跃迁所需的能量变小，将会有更多的电子被激发到导带中。
1-2、 解：电子的共有化运动导致孤立原子的能级形成能带，即允带和禁带。
温度升高，则电子的共有化运动加剧，导致允带进一步分裂、变宽；允带变宽，则导致允带与允带之间的禁带相对变窄。
反之，温度降低，将导致禁带变宽。
因此，Ge、Si的禁带宽度具有负温度系数。
1-3、解：空穴是未被电子占据的空量子态，被用来描述半满带中的大量电子的集体运动状态，是准粒子。
主要特征如下：A、荷正电：+q；B、空穴浓度表示为p（电子浓度表示为n）；C、E P=-E nD、m P*=-m n*。
1-4、解：（1）Ge、Si:a）Eg (Si：0K) = 1.21eV；Eg (Ge：0K) = 1.170eV；b）间接能隙结构c）禁带宽度E g随温度增加而减小；（2）GaAs：a）E g（300K）第二篇习题-半导体中的杂质和缺陷能级刘诺编2-1、什么叫浅能级杂质？它们电离后有何特点？2-2、什么叫施主？什么叫施主电离？施主电离前后有何特征？试举例说明之，并用能带图表征出n型半导体。
2-3、什么叫受主？什么叫受主电离？受主电离前后有何特征？试举例说明之，并用能带图表征出p型半导体。
半导体物理第七章半导体和金属的接触
EC
EF
EV
p (0 )=p0
⎛ exp ⎜
⎝
qVD k0T
⎞ ⎟ ⎠
>
p0
扩散
M
n−S
漂移
一、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。
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。
注入程度：
<1>正向电压： J= J ST
⎛ exp ⎜
⎝
qV k0T
⎞ ⎟ ⎠
<2>反向电压： J = − J ST
− J ST
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。
整流理论对比
扩散理论
热电子发射理论
¾厚阻挡层 ¾电流源于半导体一侧电子的 漂移或扩散
J
=
J SD
⎡⎛ ⎢exp ⎜ ⎢⎣ ⎝
中的电子数：
⎪⎩vz ~vz + dvz
( ) dn'
=
n0
⎛ ⎜ ⎝
mn∗
2π k0T
3
⎞2 ⎟ ⎠
⎡ exp ⎢−
⎢⎣
mn∗
vx2 + vy2 + vz2 2k0T
⎤
⎥ ⎥⎦
dvx
dvy
dvz
三、热电子发射理论
能够运动到Ｍ-Ｓ界面的电子数为：
( ) vxdn'
=
n0
⎛ ⎜ ⎝
mn∗
2π k0T
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
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
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。
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。
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EF
在表面态能级中存在一个距离EV约1/3禁带 宽度的特征能级q0 。
q0
EV
5 表面态使能带在表面层弯曲
qVD
EF
q0
q0
低密度表面态
qVD EF
高密度表面态
6 表面态改变半导体的功函数
E0
WS
Байду номын сангаас
WS
EF
qVD WS
Eg q0
EF q0
E0
qVD EF
欧姆接触 1、定义 2、如何实现欧姆接触？
不同偏置状态的肖特基势垒
理论的实用性（如何区分势垒区的宽窄？）
迁移率高的载流子有较大的平均自由程。因而在室温下， 这些半导体材料的肖特基势垒中的电流输运机构，主要是 多数载流子的热电子发射。
五、金-半接触的少子注入问题
n 型阻挡层也是空穴的积累层， 能带弯曲使积累层内比积累层外 空穴密度高，在表面最大。若用 p0表示积累层外的空穴密度，则 其表面密度为
由于Em是反偏压的函数，所以JSD 会随U缓慢变化，并不饱和。
q(VD-U)
qU
EFS
EFM 0
xd
x
薄势垒金-半接触的伏安特性
j
jSM
jMS
A
*
T
2e
qm kT
[e
qU kT
1]
qU
jST (e kT
1)
反向饱和电流密度
jST
A
*
T
2e
qm kT
（窄势垒）
qm
jSD qEmNCe kT
（宽势垒）
1金属－n型半导体接触 WM＞WS WM＜WS
2金属－p型半导体接触 WM＞WS WM＜WS
3 肖特基势垒接触 •WM＞WS的金属与n型半导体的接触或WM<WS的金属与p型半导体的接触。 在这种接触中，电子在接触的两侧面临不同势垒：qm=WM－ 和 qVD=WM － WS
4表面态
EC 表面态分为施主型和受主型；
qm
qVD
qm
q(VD－U) qm
qU
q(VD＋U)
－qU
零偏置
正偏置
负偏置
X D
20VD ,
qND
m
2qNDVD ,
0
CTS
0qND 0
2VD
XD
X D
20 (VD U ) , qND
m
2qND (VD U ) , 0
CTS
0qND 0 2(VD U ) X D
费米能级在表面阻挡层中的三种变化情况
六、肖特基势垒接触的特点和应用
1、多子导电，不存在额外载流子的注入和积累，偏压反向时 不出现反向恢复电流，高频特性好。功耗低。 2、在额定正向电流相同的情况下，正向压降低，反向漏电流 较大。
3、若无表面态影响，势垒高度可调范围大。
作业：5-4、5 、6
这个密度差将引起空穴自表面向内部扩散，平衡时被自建电场 的作用抵消。但加正向电压时，势垒降低，空穴的扩散相对其 漂移占优势，形成自外向内的空穴流，形成的电流与电子电流 方向一致，对正向电流有一定贡献。
但是，少子（空穴）扩散电 流的大小并不主要决定于热 平衡时能带弯曲的程度，而 主要决定于加上正向电压后 少子在扩散区边界的累积。
因此，少子对肖特基势垒二极管电流贡献的大小还决定于少 子从表面累积层进入半导体内之后的扩散效率。扩散的效率 越高，少数载流子对电流的贡献越大。
少子注入比 对于ND＝1015cm-3的n型硅和金形成的面接触二极管，当电流 密度为350A/cm2时，注入比约为5％。 点接触肖特基势垒二极管的少子注入效应比较明显 （§5.6）
EF
qm
EEFF
EF
(a) 一般情况
+
－
(b) 薄势垒
(c) 厚势垒
在n型半导体中，作为驱动电子从体内向界面扩散的动力，EF 在 阻挡层内会有一定的降落。同时，费米能级在金－半界面上一般 也有一定变化，以使电子由半导体向金属的发射超过由金属向半 导体的发射，形成由半导体流向金属的净电子流，如图(a)所示。 图(b)图(c)表示EF无降落和全部降落在势垒区的极端情况。
对肖特基势垒二极管电流电压特性的理论分析主要依据后两种 极端情况进行，分别称为热电子发射理论和扩散理论。
厚势垒金-半接触的伏安特性
qU
j jSD (e kT 1)
qm
jSD qEmNCe kT
当U＞0，且qU >> kT时
qU
j jSDe kT
当U＜0，且|qU| >> kT时 j jSD