第3章 金属半导体与异质结PPT课件
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金属半导体和半导体异质结高级课件.ppt
xn eNd dx
E
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E
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
eN d
s
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s
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(
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x
1 2
x2
)
B0
取金属的电势为0势能点
W
xn
[
2
sVbi
]
1 2
eN d
类比p精+编n课件单边突变结得出
17
结电容：
C 0 s [ e s Nd
1
]2
W 2(Vbi VR )
( 1 )2 2(Vbi VR )
主要取决于多数载流子。肖
特基二极管的基本过程是电
子运动通过势垒。这种现象
可以通过热电子发射理论来
解释。热电子发射现象基于
势垒高度远大于kT这一假定。
精编课件
29
Js m是电子从半 导体扩散到金属 中的电流密度，
Jm s是电子从金 属扩散到半导体 中的电流密度。
精编课件
30
假定x坐标垂直于MS界面并指向半导体方向。
结论：M<s形成欧姆接触 实际要形成欧姆接触时，要求半导体重掺杂，使空间电荷层 很薄，发生隧道穿透。
精编课件
43
9.2 金属半导体的欧姆接触
精编课件
44
9.2 金属半导体的欧姆接触
金属与P型半导体接触：m> s
精编课件
45
9.2 金属半导体的欧姆接触
• 由于半导体表面态的存在，假定半导体能带隙的 上半部分存在受主表面态，那么所有受主态都位 于EF之下，如图9.11b.这些表面态带负电荷， 将使能带图发生变化。
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 )
半导体光电材料基础-4PPT课件
：电子的亲和能
W：电子的功函数 Eg：禁带宽度
两种半导体紧密
接触时，电子
（空穴）将从
n(p)型半导体流
向p(n)型半导体，
直至费米能级相
P型
N. 型
等为止。
5
5.1 异质结及其能带图
（1）不考虑界面态时的能带图 突变反型(pn)异质结能带图（形成异质结后）
交界面两边形成空间电 荷区(x1-x2)，产生内建电 场。
EcEv0.76eV
交界面两侧半导体中的 内建电势差VD1,VD2由掺 杂浓度、空间电荷区 （势垒区）宽度和相对 . 介电常数共同决定。 8
5.1 异质结及其能带图
（1）不考虑界面态时的能带图 突变反型(np) 异质结能带图
N型
P型
形成异质结前
.
N型
P型
形成异质结后 9
5.1 异质结及其能带图
异质结具有许多同质结所所不具有的特性，往往具 有更高的注入效率。
反型异质结：由导电类型相反的两种不同的半导体 单晶材料构成。如：p-nGe-GaAs（p型Ge与n型GaAs）
同型异质结：由导电类型相同的两种不同的半导体 单晶材料构成。如：n-nGe-GaAs（n型Ge和n型GaAs）
异质结的能带图对其特性起着重要作用。在不考虑
导带阶 Ec 12
价带阶
E v E g 2 E g 1 1 2
E c E vE g2E g1
以上式子对所有突变异
P型
N型.
质结普适 7
5.1 异质结及其能带图
（1）不考虑界面态时的能带图 突变p-nGe-GaAs异质结能带图
n-GaAs
Ec 0.07eV
Ev 0.69eV
金属与半导体讲解.pptx
0 VD sat
VD
ID ID sat
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VG 0 VG 1V
(d ) VG 1且小的VD
的 这 的
V qN2 a V V 定
值初V是D当时始因而加V，电为言GVVVGGG入VV耗流沟G，G反100尽比道V沟P100WV向P区V的W道DG栅将s=截就at极0接面a像时Pa偏触PV积是VDV的DVIV压D到DVDVDD减VD电D初VD时半VD0DV小0D阻V始s0Dsa，s0D绝tasta的s2器t电at耗缘IDII关一流IDDs尽DII衬assDDt000saa系般a来ttsstb区000aa底ttiIII。得，DDD宽IIIVV．DDDDDVV如小但ssDD度此aaVttssGVaa图G。是VttWG时VG夹饱G(当具夹饱随断和Vd01断V和0V)D1有之V所值DVVV较DD增增VV示D为VDD((D高d(加c加b(，())(d(c)aVVb))V的至)。)(GGVVVGVVV(GGDGGV阻G某对0D=0且10且V且值0一较0且1-且为且DV且为小1s为D特，小a小夹为小夹tVs的)a夹断的夹t的断)V断后V断DV时D后D时
电流也维持不变，V这D 是VD因sat 为在沟道中，由源极(b) 到VG P0点且为夹断时
的 基
电 本
上压V维降G 持维0 在持I不Ds变at，。且当与漏V极DID无电s0at 关压IDV。大D sat
于
V
Ds
aVtD时
，
电
流
P
VD VD sat
饱和
(c) VG 0且为夹断后 (VD VDsat )
栅极
漏极
物半导体制成的(如砷化镓)，
因为它们具有较高的电子迁移
n型
率，可以减小串联电阻并且具
半导体物理学复习讲义 引论~第三章
1.3晶向和晶面
晶体各向异性 将布拉维格子看成互相平行等距的直线族 每一直线族定义一个方向，称为晶向 如沿晶向的最短格矢为
l1a1 l2a2 l3a3
该晶向可记为：
l1, l2 , l3
1.3晶向和晶面
将布拉维格子看成互相平行等距的平面族，也称为晶面 如某平面族将基矢分成
1. 恒量 2. V为正空间体积
考虑自旋，k空间态密度：
状态密度定义
单位能量间隔内的状态数目：
考虑自旋，k空间态密度：
E-k 关系
能量空间状态密度
能量变化 dE
k状态变化 dk
k空间体积变化 dΩ
状态数变化 dZ
球形等能面状态密度求解
导带E- k关系：
k k0
E E dE
k k dk
1.1半导体的晶格结构和结合性质 1.2半导体中的电子状态和能带 1.3半导体中电子的运动
有效质量 空穴
1.4本征半导体的导电机构
1.5回旋共振
1.6硅和锗的能带结构 1.10宽禁带半导体
1.1.1金刚石结构和共价键
特点：
每个原子和周围的4个最近邻原子形成一个正四面体
顶角原子和中心原子形成共价键
1.2半导体中的电子状态和能带
1.2.1原子的能级和晶体的能带
电子壳层：1s,2s,2p,3s,3p,3d,4s
……
电子的共有化运动
最外层电子的共有化运动最为显著
公有化运动导致简并能级出现分裂
由于原子数量巨大，分裂后能级之间差距微小，形
成能带，称为允带
S:非简并态， P:三重简并
1.2.1原子的能级和晶体的能带 几个名词：
三、原子结合类型
2022-2023学年高二物理课件：金属半导体结
构以集成电路的形式实现的。铝在轻掺杂的 N 型集电区上
而形成极好的肖特基势垒，并同时在重掺杂的 P 型基区上
面形成优良的欧姆接触。
为什么金属与重掺杂半导体接触可以形成欧姆接 触？
答：若半导体为重掺杂（例如，具有 1019 cm3 或 更高的杂质浓度时），则空间电荷层宽度变得如 此之薄，以至载流子可以隧道穿透而不是越过势 垒。由于在势垒每边的电子都可能隧道穿透到另 一边，因此实现了在正反向偏压下基本上对称的
当有外加电压时，
nS
N e b V VT c
由气体动力论，单位时间入射到单位面积上的电子数即进 入运金动属 速的度电，子m数为为电子14 n有S vt效h，质式量中。vt于h 是8km电T 为子热从电半子导的体平越均过热势 垒向金属发射所形成的电流密度为
J SM
qNc vth e ¢b V VT 4
到热电子发射理论的电流—电压关系
J RT e2 b VT eV VT 1
J R * T 2e b VT
R* 4m * qK 2 h3
I V 曲线。因此势垒是非整流的，并有一低电
阻。
二 重要推导
导出肖特基二极管I-V特性
解：对于非简并化情况，导带电子浓度和价带空穴浓度如
下：
n ni eEF Ei KT
p
n eEi EF i
KT
在半导体内部，设本征费米能级为 Ei0 ，则热平衡时半导
体内部的载流子浓度为
n0
n eEF Ei0 KT i
画出加偏压肖特基势垒能带图，说明肖特基势垒二极管
的整流特性
解： 若在半导体上相对于金属加一负电压 V ，则半导 体—金属之间的电势差减少为 0 V ，半导体中的电子 能级相对金属的向上移动 qV ，势垒高度则由 q 0变
而形成极好的肖特基势垒，并同时在重掺杂的 P 型基区上
面形成优良的欧姆接触。
为什么金属与重掺杂半导体接触可以形成欧姆接 触？
答：若半导体为重掺杂（例如，具有 1019 cm3 或 更高的杂质浓度时），则空间电荷层宽度变得如 此之薄，以至载流子可以隧道穿透而不是越过势 垒。由于在势垒每边的电子都可能隧道穿透到另 一边，因此实现了在正反向偏压下基本上对称的
当有外加电压时，
nS
N e b V VT c
由气体动力论，单位时间入射到单位面积上的电子数即进 入运金动属 速的度电，子m数为为电子14 n有S vt效h，质式量中。vt于h 是8km电T 为子热从电半子导的体平越均过热势 垒向金属发射所形成的电流密度为
J SM
qNc vth e ¢b V VT 4
到热电子发射理论的电流—电压关系
J RT e2 b VT eV VT 1
J R * T 2e b VT
R* 4m * qK 2 h3
I V 曲线。因此势垒是非整流的，并有一低电
阻。
二 重要推导
导出肖特基二极管I-V特性
解：对于非简并化情况，导带电子浓度和价带空穴浓度如
下：
n ni eEF Ei KT
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n eEi EF i
KT
在半导体内部，设本征费米能级为 Ei0 ，则热平衡时半导
体内部的载流子浓度为
n0
n eEF Ei0 KT i
画出加偏压肖特基势垒能带图，说明肖特基势垒二极管
的整流特性
解： 若在半导体上相对于金属加一负电压 V ，则半导 体—金属之间的电势差减少为 0 V ，半导体中的电子 能级相对金属的向上移动 qV ，势垒高度则由 q 0变
半导体物理异质结解析PPT课件
第13页/共30页
界面量子阱中二维电子气的势阱和状态密度
第14页/共30页
电子的能量：
二维电子气的状态密度
k空间原胞的面积：
k空间k-k+dk圆环的面积： E-k关系： 状态密度：
第15页/共30页
低维半导体材料及其状态密度
Bulk
QW
QD
3D
2D
0D
DD((EE))
DD((EE))
D(E)
E
• qVD = qVD1 + qVD2 = EF2 - EF1 = W1 - W2
半导体物理学
第7章 金第属4页和/半共导30体页的接触
SCNU 光电学院
4
突变反型异质结的能带特征
• n型半导体的能带弯曲量为qV2，且导带底在交界面处形成一个向
上的“尖峰”。
• p型半导体的能带弯曲量为qV1，且导带底在交界面处形成一个向
第2页/共30页
pn结的能带图
qVD E Fn EFp
第3页/共30页
突变反型异质结的能带图
• 形成异质结时电子从n型半导体流向p型半导体，空穴的流动方向相反。
• 达到平衡时，两块半导体具有统一的费米能级。
• 在异质结界面的两边形成空间电荷区，产生内建电场和附加电势能，使 空间电荷区中的能带发生弯曲。
EE
EE
Modification of density of states by confining carriers
第16页/共30页
双异质结间的单量子阱结构
第17页/共30页
双异质结间的单量子阱结构
势阱形状： 波函数分离变量： 波函数分离变量： 薛定谔方程：
第18页/共30页
界面量子阱中二维电子气的势阱和状态密度
第14页/共30页
电子的能量：
二维电子气的状态密度
k空间原胞的面积：
k空间k-k+dk圆环的面积： E-k关系： 状态密度：
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低维半导体材料及其状态密度
Bulk
QW
QD
3D
2D
0D
DD((EE))
DD((EE))
D(E)
E
• qVD = qVD1 + qVD2 = EF2 - EF1 = W1 - W2
半导体物理学
第7章 金第属4页和/半共导30体页的接触
SCNU 光电学院
4
突变反型异质结的能带特征
• n型半导体的能带弯曲量为qV2，且导带底在交界面处形成一个向
上的“尖峰”。
• p型半导体的能带弯曲量为qV1，且导带底在交界面处形成一个向
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pn结的能带图
qVD E Fn EFp
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突变反型异质结的能带图
• 形成异质结时电子从n型半导体流向p型半导体，空穴的流动方向相反。
• 达到平衡时，两块半导体具有统一的费米能级。
• 在异质结界面的两边形成空间电荷区，产生内建电场和附加电势能，使 空间电荷区中的能带发生弯曲。
EE
EE
Modification of density of states by confining carriers
第16页/共30页
双异质结间的单量子阱结构
第17页/共30页
双异质结间的单量子阱结构
势阱形状： 波函数分离变量： 波函数分离变量： 薛定谔方程：
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《半导体光电子学课件》下集2.1异质结及其能带图
将异质结泡在溶液中，在合适的条件下生长形成异质结材料。
异质结效应
拉克特效应
异质结的巨拉克特效应提供了 高灵敏度和高速度的光电转换。
异பைடு நூலகம்结电阻效应
由于材料性质差异带来的电阻 变化，用于电子器件中的控制 和调节。
热电效应
利用异质结在温度梯度下产生 的热电势差实现能量转换。
异质结失效机制
惯性效应
当异质结材料无法快速响应外界变化时，会产 生失效。
通过施加电场，改变异质结的 材料电位差，形成能带结构的 变化。
外界压力作用下的形 成
外界压力对异质结材料的物理 和结构性质的影响，使能带发 生变化。
掺杂作用下的形成
通过对材料进行掺杂，引入杂 质能级，改变能带结构。
异质结应用
1 光伏电池
异质结是光伏电池的关键构件，转换太阳能 为电能。
2 激光器
异质结的能带结构和电子能级分布是激光器 实现激光输出的基础。
损耗效应
由于能带结构和电子能级的变化，异质结材料 会发生能量损耗。
串扰效应
异质结中的电场和电子状态相互影响，导致器 件性能下降。
失效测试方法
通过对异质结性能的测试和分析，判断异质结 是否失效。
总结
异质结的重要性
异质结在半导体器件中起着重要的作用，广泛应用 于光电子学领域。
展望其未来的应用
随着技术的不断发展，异质结将在能源、通信和信 息等领域有更广泛的应用。
能带结构
能带简介
能带描述了材料中电子的能量分 布情况，直接影响半导体的导电 性能。
能带在异质结中的分布
异质结中的能带分布受到材料性 质差异的影响，形成能带弯曲或 偏移。
常见异质结的能带图
第三章 异质结-金属-半导体接触
对给定的半导体， n型+P型衬底的势垒高度之和=带隙。 肖特基模型预言的势垒高度很难在实验中观察到, 实测的势 垒高度和理想条件存在偏差. 原因: 1) 不可避免的界面层 δ ≠ 0 2) 界面态的存在 3) 镜像力的作用
(20)
2。半导体表面有高密度的表面态 实验发现，很多半导体在与金属形成金-半接触时，半导体中的势 垒高度几乎与所用金属无关，只与半导体有关，几乎是常数。 特别是对于共价键较强的半导体 悬键多 + 吸附外来原子 大量表面态 表面态能够与体内交换电子和空穴 能带弯曲 半导体表面费米能级模型：半导体 = 表面层 + 体内 表面看作一薄层, 在禁带中具有能量连续分布的局域态，由 于表面处电荷的填充，有自己的平衡费米能级EFS0 若表面态密度 ∞，体内电 子填充表面能级，且不显著 改变表面费米能级位置，体 EF 内EF下降与EFS平齐，造成 EFS0 能带弯曲，形成空间电荷区。 表面态密度很大时， EFS~EFS0, 费米能级定扎。
(14)
二、异质结器件
异质结特点： 1）界面处出现能带的突起和凹陷，可以促进或阻挡载流子。 2）界面处存在局域态，起到复合和俘获中心的作用。 3）两侧材料带隙宽度不同，宽带材料成为窄带材料的窗口。 4）两侧材料折射率不同，折射率小的材料成为折射率大 的材料的反射层，使光封闭于高折射率的材料中。
(15)
对于金属-半导体系统，
将原来的肖特基势垒近似为线性，则界面附近导带底势能曲线：
E ( x ) = − qEx
电场用界面处的最大电场代替，介电 常数用εs 代替，给出势垒降低量：
Δφ =
qΕ 4 πε
s
(30)
在Au-Si二极管内实测势垒降低量与电场的关系。
半导体器件原理-第三章
净电流I，I随VA的增加而增加。 反偏：势垒升高，阻止电子从半导体向金属流动，金
属中的一些电子能越过势垒向半导体运动，但这一反 向电流很小。 结论： φM>φS时，理想的MS接触类似于pn结二极 管，具有整流特性。
理想结特性
用与处理pn结类似的方法来确定肖特基结的静电特性
dE x 空间电荷密度
肖特基二极管是近年来问世的低功耗、大电流、超高速半 导体器件。其反向恢复时间极短（可以小到几纳秒），正 向导通压降仅0.4V左右，而整流电流却可达到几千毫安。 这些优良特性是快恢复二极管（简称FRD）所无法比拟 的。
5
全球知名半导体制造商ROHM开 发出非常适用于服务器和高端计 算机等的电源PFC电路的、第3 代SiC（Silicon Carbide:碳化硅） 肖特基势垒二极管
➢ 若能级被电子占据时呈电中性，释放电子后呈正电，称为 施主型表面态。
➢ 若能级空着时呈电中性，而接受电子后呈负电，称为受主 型表面态。
3.1肖特基势垒二极管 非理想因素
施主型表面态：能 级释放电子后显正 电性。
受主型表面态：能 级接受电子后显负 电性。
界面态的 影响
表面态的电中性能级
23
3.1肖特基势垒二极管 非理想因素
半导体导带中得电子向金属 中移动存在势垒Vbi，就是半 导体的内建电势差：
7
外加电压后，金属和半导体的费米能级不再相同，二者之 差等于外加电压引起的电势能之差
反偏情况下，半导体-金属势垒高度增大，金属一边的势垒
不随外加电压而改变，即：φB0不变。
反偏势垒变高为： Vbi + VR
半导体一边，加正偏，势垒降低为Vbi - Va 。 φB0仍然不
电中性条件
Qm Qs 0 Qm Qs Qss 0
属中的一些电子能越过势垒向半导体运动，但这一反 向电流很小。 结论： φM>φS时，理想的MS接触类似于pn结二极 管，具有整流特性。
理想结特性
用与处理pn结类似的方法来确定肖特基结的静电特性
dE x 空间电荷密度
肖特基二极管是近年来问世的低功耗、大电流、超高速半 导体器件。其反向恢复时间极短（可以小到几纳秒），正 向导通压降仅0.4V左右，而整流电流却可达到几千毫安。 这些优良特性是快恢复二极管（简称FRD）所无法比拟 的。
5
全球知名半导体制造商ROHM开 发出非常适用于服务器和高端计 算机等的电源PFC电路的、第3 代SiC（Silicon Carbide:碳化硅） 肖特基势垒二极管
➢ 若能级被电子占据时呈电中性，释放电子后呈正电，称为 施主型表面态。
➢ 若能级空着时呈电中性，而接受电子后呈负电，称为受主 型表面态。
3.1肖特基势垒二极管 非理想因素
施主型表面态：能 级释放电子后显正 电性。
受主型表面态：能 级接受电子后显负 电性。
界面态的 影响
表面态的电中性能级
23
3.1肖特基势垒二极管 非理想因素
半导体导带中得电子向金属 中移动存在势垒Vbi，就是半 导体的内建电势差：
7
外加电压后，金属和半导体的费米能级不再相同，二者之 差等于外加电压引起的电势能之差
反偏情况下，半导体-金属势垒高度增大，金属一边的势垒
不随外加电压而改变，即：φB0不变。
反偏势垒变高为： Vbi + VR
半导体一边，加正偏，势垒降低为Vbi - Va 。 φB0仍然不
电中性条件
Qm Qs 0 Qm Qs Qss 0
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eN d
( 1 )2 2(Vbi VR)
C
e x Nd
3
Figure 9.2
反偏与正偏电压下的肖特基势垒的能带图
4
3. 影响肖特基势雷高度的非理想因素 (1) 肖特基效应– 势垒的镜像力降低效应
5
势垒的镜像力导致 肖特基势垒的降低
xm
e 16 s E
eE 4 s
6
(2)其他相关因素的影响：表面态的影响
第三章 金属半导体与半导体异质结
1
3.1 肖特基势垒二极管 1. 性质上的特征
金属元素的功函数和半导体的亲和能
元素 Ag, 银 Al，铝 Au，金 Cr，铬 Mo，钼 Ni，镍 Pd，钯 Pt，铂 Ti，钛 W，钨
功函数，
4.26 4.28 5.1 4.5 4.6 5.15 5.12 5.65 4.33 4.55
Thank You
在别人的演说中思考，在自己的故事里成长
Thinking In Other People‘S Speeches，Growing Up In Your Own Story 讲师：XXXXXX XX年XX月XX日
22
7
4. 电流-电压关系
J s m
e
E
' c
v
x
dn
dn
4
(2
m
* n
)3/2
h3
E E c exp[
( E E F ) ]dE kT
J J s m J m s
[ A *T 2 exp( e n )][exp( eV a ) 1 ]
kT
kT
J sT [exp(
eV a ) 1 ] kT
高掺杂浓度的半导体 依赖于掺杂浓度，隧穿为主
2 R c exp[
s
m
* n
•
Bn ] Nd
15
3.3 半导体异质结
1. 不同的半导体材料组成的结 （1）具有不同的禁带宽度，结能带不连续 （2）两种材料的晶格常数匹配或接近
16
2. 能带图 nP结接触前的能带图
17
nP结热平衡下的能带图
18
nN结热平衡下的能带图
J sT A *T 2 exp(
en ) kT
A*
4 em
* n
k
2
h3
8
正偏电流与电压的关系
9
5. 肖特基二极管与pn结二极管的比较
pn结的反偏 电流密度 10-7A/cm2, 较肖特基势 垒二极管的 反向饱和漏 电流小2-3 个数量级。 并具有较大 的开启电压
10
3.2 金属半导体的欧姆接触 1. 理想的非整流接触势垒
半导体 Ge Si GaAs AlAs GaN ZnO 3C-SiC 6H-SiC 4H-SiC C
亲和能
4.13 4.01 4.07 3.5 4.2 4.35 3.92 4.07 4.05 4.0
2
2.理想结的特性 肖特基势垒
内建电势差
B0 (m ) Vbi B0 n
W
xn
[2s (Vbi VR )]1/211Βιβλιοθήκη 偏压下的欧姆接触12
金属与p-半导体的欧姆接触
13
2. 隧道效应
14
宽带隙半导体的欧姆接触实现的困难
低掺杂浓度的半导体 依赖于势垒高度，热发射为主
J [ A *T 2 exp( e n )][exp( kT
( kT ) exp( e Bn )
Rc
e
kT
A *T 2
eV a ) 1] kT
19
3. 异质结二维电子气
20
写在最后
经常不断地学习,你就什么都知道。你知道得越多,你就越有力量 Study Constantly, And You Will Know Everything. The More
You Know, The More Powerful You Will Be
21
( 1 )2 2(Vbi VR)
C
e x Nd
3
Figure 9.2
反偏与正偏电压下的肖特基势垒的能带图
4
3. 影响肖特基势雷高度的非理想因素 (1) 肖特基效应– 势垒的镜像力降低效应
5
势垒的镜像力导致 肖特基势垒的降低
xm
e 16 s E
eE 4 s
6
(2)其他相关因素的影响：表面态的影响
第三章 金属半导体与半导体异质结
1
3.1 肖特基势垒二极管 1. 性质上的特征
金属元素的功函数和半导体的亲和能
元素 Ag, 银 Al，铝 Au，金 Cr，铬 Mo，钼 Ni，镍 Pd，钯 Pt，铂 Ti，钛 W，钨
功函数，
4.26 4.28 5.1 4.5 4.6 5.15 5.12 5.65 4.33 4.55
Thank You
在别人的演说中思考，在自己的故事里成长
Thinking In Other People‘S Speeches，Growing Up In Your Own Story 讲师：XXXXXX XX年XX月XX日
22
7
4. 电流-电压关系
J s m
e
E
' c
v
x
dn
dn
4
(2
m
* n
)3/2
h3
E E c exp[
( E E F ) ]dE kT
J J s m J m s
[ A *T 2 exp( e n )][exp( eV a ) 1 ]
kT
kT
J sT [exp(
eV a ) 1 ] kT
高掺杂浓度的半导体 依赖于掺杂浓度，隧穿为主
2 R c exp[
s
m
* n
•
Bn ] Nd
15
3.3 半导体异质结
1. 不同的半导体材料组成的结 （1）具有不同的禁带宽度，结能带不连续 （2）两种材料的晶格常数匹配或接近
16
2. 能带图 nP结接触前的能带图
17
nP结热平衡下的能带图
18
nN结热平衡下的能带图
J sT A *T 2 exp(
en ) kT
A*
4 em
* n
k
2
h3
8
正偏电流与电压的关系
9
5. 肖特基二极管与pn结二极管的比较
pn结的反偏 电流密度 10-7A/cm2, 较肖特基势 垒二极管的 反向饱和漏 电流小2-3 个数量级。 并具有较大 的开启电压
10
3.2 金属半导体的欧姆接触 1. 理想的非整流接触势垒
半导体 Ge Si GaAs AlAs GaN ZnO 3C-SiC 6H-SiC 4H-SiC C
亲和能
4.13 4.01 4.07 3.5 4.2 4.35 3.92 4.07 4.05 4.0
2
2.理想结的特性 肖特基势垒
内建电势差
B0 (m ) Vbi B0 n
W
xn
[2s (Vbi VR )]1/211Βιβλιοθήκη 偏压下的欧姆接触12
金属与p-半导体的欧姆接触
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2. 隧道效应
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宽带隙半导体的欧姆接触实现的困难
低掺杂浓度的半导体 依赖于势垒高度，热发射为主
J [ A *T 2 exp( e n )][exp( kT
( kT ) exp( e Bn )
Rc
e
kT
A *T 2
eV a ) 1] kT
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3. 异质结二维电子气
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写在最后
经常不断地学习,你就什么都知道。你知道得越多,你就越有力量 Study Constantly, And You Will Know Everything. The More
You Know, The More Powerful You Will Be
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