PTC半导体陶瓷与金属的欧姆接触
ptc热敏电阻陶瓷的制备工艺流程
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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。
金属和半导体的接触
A*T 2 exp( qns )
kT
有效理查逊常数
A*
4qmn*k 2
h3
热电子向真空发射的有效理查逊常数
A 120 A /(cm2 K 2 )
由上式得到总电流密度为：
J JSm Jms
A*T
2
exp(
qns
)exp(
qV
)
1
k T k T
JsT exp(qkVT ) 1
阻挡层具有整流作用
1. 厚阻挡层的扩散理论
厚阻挡层 对n型阻挡层，当势垒的宽度比电子的
平均自由程大得多时，电子通过势垒区要发 生多次碰撞。
须同时考虑漂移和扩散
00
xd
x
当势垒高度远大于 kT 时，势 qns 垒区可近似为一个耗尽层。
EF
qVs qVD
0
En=qn
V
耗尽层中，载流子极少，杂质全电 离，空间电荷完全由电离杂质的电荷形成。
表面受主态密度很高的n型半导体与金属接触能带图 (省略表面态能级）
金和半接触时, 当半导体的表面态密度很高时
电子从半导体流向金属 这些电子由受主表面态提供 平衡时，费米能级达同一水平
空间电荷区的正电荷
＝表面受主态上的负电荷
＋金属表面负电荷
Wm
(EF )s (EF )m
Wm-Ws
qVD
EC (EF)s
电子填满q0 以下所有表面态时，表面电中性 q0 以下的表面态空着时，表面带正电，
呈现施主型
q0 以上的表面态被电子填充时，表面带负电，
呈现受主型
Ws
qns
q0
qVD EC EF
EV
存在受主表面态时 n 型半导体的能带图
金属和半导体的接触PPT演示课件
Wm
E Fm
金属
Ws
En
E0
EEFsc
Ev
n半导体
9
金属半导体接触前后能带图的变化：
Wm EFm
E0
Ws
Ec EFs
接触前
Ev
接触前，半导体的费米能 级高于金属（相对于真空 能级），所以半导体导带 的电子有向金属流动的可 能
E0
接触后
qm
EF
qVD Ec EF
xd
Ev
接触后，金属和半导体的费 米能级应该在同一水平，半 导体的导带电子必然要流向 金属，而达到统一的费1米0 能
在没有加电压的情况下，金半接触的系统处于平 衡态的阻挡层是没有净电流：
净电流J J J 0 s m m s
从金属流向半导体的电流和半导体流向金属的电 流相抵消。
所以，在没有外加电压时，半导体进入金属的电
子流和从金属进入半导体的电子流相等，方向相
反，构成动态平衡。
31
在紧密接触的金半之间加上电压时，电流的行为 会发生不同的响应。势垒高度为：
电场
E
qVD Ec EF
Ev
在势垒区，空间电荷主要由电离施主形成，电子 浓度比体内小得多，是一个高阻区域，称为阻挡 层。界面处的势垒通常称为肖特基势垒。 13
（2）金属－p型半导体接触的阻挡层
金属与P型半导体接触时，若Wm<Ws，即金属 的费米能级比半导体的费米能级高，半导体的 多子空穴流向金属，使得金属表面带正电，半 导体表面带负电，半导体表面能带向下弯曲， 形成空穴的表面势垒。
Why?
22
实验表明，金半接触时的势垒高度受金属功函数 的影响很小。这是由于半导体表面存在表面态造 成的。
陶瓷ptc发热原理 -回复
陶瓷ptc发热原理-回复陶瓷PTC 发热原理PTC 是正温度系数材料的缩写，是指在一定温度范围内，材料的电阻值随着温度的升高而上升。
陶瓷PTC 发热器就是利用了PTC 材料的特殊性质来进行加热的一种器件。
一、陶瓷PTC 的基本结构陶瓷PTC 发热器主要由PTC 材料和金属电极两部分组成。
金属电极一般采用铜、铝或镍等材料制作，用于接通电源和接收发热信号。
PTC 材料主要是银浆、硅酸铝、FeCrAl 等粉末由一定比例混合制成的陶瓷材料，经过成型、烧结、磨光等工艺制成。
二、陶瓷PTC 的工作原理当陶瓷PTC 发热器通电时，电流会通过金属电极进入PTC 材料中。
由于PTC 材料的电阻随温度的升高而上升，所以当电流通过PTC 材料时，会在材料内部产生热量。
当PTC 材料内部温度升高时，其电阻值也随之升高，进而阻碍了电流的传输，达到自我限制功率的状态。
这种自我限制状态可以保证PTC 发热器工作时不会过热损坏。
三、陶瓷PTC 的特点1. 发热效率高：由于陶瓷PTC 发热器只会在需要加热时才会消耗电能，因此其发热效率远高于传统的电热器。
2. 安全性高：陶瓷PTC 发热器采用自我限制功率的技术，可以保证其在工作过程中不会过热，从而提高了其安全性。
3. 寿命长：陶瓷PTC 发热器采用陶瓷PTC 材料制成，具有耐高温的特点，所以其使用寿命较长。
4. 尺寸小：由于陶瓷PTC 发热器采用PTC 材料进行加热，其体积相对较小，因此可适应于各种小型设备的加热需求。
四、陶瓷PTC 发热器的应用领域1. 家电领域：陶瓷PTC 发热器常用于电水壶、电饭煲、干衣机等家用电器中作为加热元件。
2. 工业领域：陶瓷PTC 发热器可用于加热烘干设备、辊筒式加热器、喷涂设备等工业设备中。
3. 医疗领域：陶瓷PTC 发热器可用于制造医疗用设备，如治疗仪器、加热垫等。
总之，陶瓷PTC 发热器凭借着其高效、安全、高寿命等优点，被广泛应用于各个领域之中，成为一种非常受欢迎的加热器件。
【半导体培训资料】金属半导体接触
m s
由于功函数的不同，半导体中的电子就会渡越到金属，使两者的费米能 级拉平。 当把N型半导体与一个比它功函数大的金属紧密接触时，此时，金属的费米 能级小于半导体的费米能级，半导体中的电子能量较大，一部分电子很容易的进 入金属。使得金属因多余电子而带负电，半导体因缺少电子而带正电。金属中的 负电荷是以电子的形式存在的，其密度很高，在N型半导体正电荷的吸引下，这 些多余的电子就集中在界面处的金属薄层中。半导体中的正电荷是以施主离子的 形式出现的，分布在一定厚度的区域中，形成空间电荷区。
说明在大电场下，肖特基势垒被镜像力降低了很多。
镜像力使肖特基势垒高度降低的前提是金属表面的半导体导带
要有电子存在。因此，在测量势垒高度时，如果所用方法与电
子在金属和半导体间的输运有关则所测得的结果是
；
如果测量方法只与耗尽层的空间电荷有关而不涉及电子的输运
（如电容方法），则测量结果不受镜像力的影响。
rd
rs=
1+ ωc2
Cd2rd2
ωc是截止频率, 因为rd>>rs,所以 有
1
ωc2=
Cd2rdrs
对于高频运用,cd、rd、rs都 应该很小。如果半导体具有高杂质 浓度和高迁移率。那么是能够实现 小rs的,通过采用GaAs材料,工作频 率可达到100GHz。
4.8.2肖特基势垒箝位晶体管
由于肖特基势垒具有快速开关响应,因而可以把它和NPN晶体管
1.8
2.0 2.2
2.4
dV/dT(mV/℃)
正向偏压时温度系数与电流密度的关系
4.8肖特基势垒二极管的应用
金属和半导体的接触
表面态能级
：
大多数半导体旳
在Ev以上Eg/3旳地方。
2.表面态旳类型
1）施主型：
电子占满时呈中性，失去电子带正电。
下列旳表面态空着，表面带正电。
2）受主型：
能级空时为电中性，接受电子带负电。
以上旳表面态被电子填充，表面带负电。
3.表面态对接触势垒旳影响
且
趋于饱和。
• 阻挡层具有单向导电性——整流特征。
P型半导体
n型和p型阻挡层旳作用
• 阻挡层具有整流特征；
• 正向电流要求为半导体多子形成旳电流；
• n型: 金属极加正电压，V>0，
形成电子由半导体到金属旳正向电流；
电流方向：金属→半导体
• p型：金属极加负电压V<0，
形成空穴由半导体到金属旳正向电流；
材料）和小旳ni（相当于宽禁带材料）旳金属-半导体
系统 。
2、欧姆接触
1）欧姆接触：
不产生明显旳附加阻抗，电流在其上旳产生旳压
降远不大于在器件本身上所产生旳压降。
2）欧姆接触旳主要性：
作为器件引线旳电极接触，要求在金属和半导体
之间形成良好旳欧姆接触。在超高频和大功率器
件中，欧姆接触是设计和制造中旳关键问题之一。
3）n型: 金属极加正电压，V>0，
形成电子半导体 金属旳正向电流；
电流方向：从金属 半导体
半导体势垒区与中性区存在浓度梯度，所以有扩散电流。
有外加电压时，存在漂移电流。
根据：
利用：
得到：
同乘以
得到：
积分：
利用边界条件：
因为
只考虑在x=0附近
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
Word可编辑-半导体物理学 金属和半导体的接触
第六章 金属和半导体的接触7.1 金属半导体接触及其能级图 本节要点：1、功函数，接触电势差；2、阻挡层与反阻挡层的形成；3、表面态对接触势垒的影响。
1、功函数功函数的定义是E 0与E F 能量之差，用W 表示。
即半导体的功函数可以写成2、接触电势差金属半导体接触，由于W 和W 不同，会产生接触电势差V ms 。
同时半导体能带发生弯曲，使其表面和内部存在电势差V ，即表面势V ，因而图2所示，紧密接触时，FE E W -=0[]ns F c s E E E W +=-+=χχ)(m s s s sms ms V V qW W +=-sms V q W W =-(E F ) mE 0W mW sχE c (EF )sE vE 0E n图1 金属和半导体的能级图（a ） 金属中电子势阱（b ） 半导体的能级图金属一侧势垒高度典型金属半导体接触有两类：一类是整流接触，形成阻挡层，即肖特基接触；一类是非整流接触，形成反阻挡层，即欧姆接触。
形成n 型和p 型阻挡层的条件n 型 p 型 W > W s 阻挡层 反阻挡层 W < W s反阻挡层阻挡层3、表面态对接触势垒的影响表面态对接触势垒有一定影响，当表面态密度很高时，由于它可以屏蔽金属接触的影响，使半导体内的势垒高度主要由半导体表面性质决定，如图3所示。
于是有表面态密度不同，金属功函数对表面势垒将产生不同程度的影响。
χφ-=+=m n D ns W E qV q m m 0φφq E q g ns -=E nqV DxW mnsq φq (V s －V m )E cE vE nqV Dnsq φE cE v(a) 紧密接触(b) 忽略间距图2 金属和n 型半导体接触E nqV Dn sq φ0φq χ7.2金属半导体接触整流理论 本节要点：1、金属半导体接触整流特性；2、金属半导体接触的电流-电压特性。
1、金属半导体接触整流特性在金属半导体接触中，金属一侧势垒高度不随外加电压而变，半导体一侧势垒高度与外加电压相关。
欧姆接触的原理范文
欧姆接触的原理范文欧姆接触（Ohmic contact）是指在金属和半导体之间建立一种电子通道，使得电流可以自由地从金属流向半导体或者从半导体流向金属。
它是电子器件制造中至关重要的一步，能够使得电流在金属和半导体界面上的传递更加顺畅，提高器件性能。
第一，选择合适的金属材料。
对于半导体材料而言，金属材料的工作函数、电子亲和能等因素决定了电子在金属和半导体之间的能级对齐。
金属材料的工作函数应当比半导体材料的导带底或者价带顶的能级低，以便形成电子从金属向半导体的注入。
此外，金属材料的电子迁移率也应当足够高，以便电流可以顺利地从金属向半导体或者从半导体向金属流动。
第二，建立良好的金属/半导体接触。
金属/半导体接触的质量对欧姆接触的形成和性能有重要影响。
重要的因素包括金属和半导体表面的清洁和平整度，以及金属和半导体之间的界面反应。
通常采用的方法包括表面清洗、气氛保护、增加金属/半导体接触面积、添加中间层等，以提高金属/半导体接触的质量。
第三，减小接触电阻。
金属和半导体之间的电阻主要包括接触电阻和串联电阻。
接触电阻是指金属和半导体接触面上的电流挤压效应造成的电阻，通过控制接触形貌和界面反应可以减小接触电阻；串联电阻是指金属和半导体之间的电阻，可以通过控制金属材料的选择和厚度来降低串联电阻。
欧姆接触的形成对于电子器件的性能至关重要。
在半导体器件中，欧姆接触通常用于建立电极和半导体之间的电子传输通道，如激光二极管中的电流注入区和场效应晶体管中的源漏极等。
良好的欧姆接触能够使电流快速地流过电极和半导体之间的接触界面，从而提高器件的效率和响应速度。
总之，欧姆接触是电子器件制造中至关重要的一步，能够使电流在金属和半导体界面上的传递更加顺畅。
要建立一个良好的欧姆接触，需要选择合适的金属材料、建立良好的金属/半导体接触、减小接触电阻等。
欧姆接触的形成对于电子器件的性能和功能十分重要。
PTC基础知识介绍
6.1.PTC段尤其是Tc-Tp段，电阻随温度的变化程指数化变化，变化率 可达到30%/℃，即具有快速的热补偿特性，是PTC自控温的关键；
6.2.PTC在额定电压下工作，PTC自身温度达到Tc-Tp段后，随着温度 升高，PTC电阻快速增加，导致电流快速减少，PTC发热量也快速减少， 当PTC发热量与PTC散热量达到平衡时，在未改变PTC散热条件的情况下， PTC温度将处于恒温状态，即处于自控温状态；
陶瓷PTC元器件的工艺流程
称量 >> 粒 >>
球磨>>
预烧结>>
造
成型 >> 烧结 >> 磨边>> 上电极>> 阻值分选 >> 耐
清洗>>
压检测 >>
温度检测 >>
包装 >> 入库
最终检测 >>
3.陶瓷PTC元件性能
3.1陶瓷PTC元件 R-T曲 线
α:电阻温度系数 （斜率）
β：=lg(ρ max/ρmin) 升阻比
6.3.当PTC周围散热条件变化时，将引起PTC温度的变化，而Tc-Tp段， PTC温度稍有变化时，电阻便有非常明显的变化，热量得以快速补偿，这 是PTC在一定条件下能够稳定在较小的温度范围内的关键。 6.4. 在设计PTC发热器时，必须保证PTC片工作在R-T曲线中PTC段。
金属和半导体的接触
En
1、势垒高度与金属功函数基本无关——半导体表面态密度高，屏
蔽金属接触的影响，使势垒高度基本只由半导体表面决定
2、即使Wm< Ws，阻挡层依然存在 编辑ppt
4
7.1 金属半导体接触及其能级图4
四、势垒区的电场、电势分布与势垒宽度（厚度）
金属—n型半导体
泊松方程
空间电荷区类似p+n结
编辑ppt
5
和能取4.05eV。设WAl=4.18eV, WAu=5.20eV, WMo=4.21eV, 室温下硅的
NC=2.8×1019cm-3。
解： 设室温下杂质全部电离，则
故
E F E n0 C N kD l T n N N N C C D e E xC p E 0 C k .( 0 E T F l2 )n 2 .6 8 1 1 1 0 1 70 9E C 0 .147
即
EFEC0.1(5 eV )
故n-Si的功函数为 W S ( E C E F ) 4 . 0 0 . 5 1 4 5 . 2 ( e 0 )V
因 WAl=4.18eV<Ws，故二者接触形成反阻挡层
又 WAu=5.20eV, WMo=4.21eV，显然WAu>WMo&镜像势能
无镜像力电势 电子总电势能
编辑ppt
18
镜像力所引起势垒降低量随反向偏压的增加而增加——反向漏电流不饱和
➢ 隧道效应影响
7.2 金属半导体接触整流理论11
考虑隧道效应，电子穿透的概率与能量和势垒厚度(xd)有关。 电子能量一定，xd<xc，电子直接通过——相当于势垒降低了
编辑ppt
10
7.2 金属半导体接触整流理论3
<<1
金属-半导体界面欧姆接触的原理,测拭与工艺
金属-半导体界面欧姆接触的原理,测拭与工艺金属-半导体界面欧姆接触是半导体器件制备和性能研究中的一个关键问题。
它是指金属和半导体之间形成的电接触，其电阻值随电流密度的增加呈线性关系。
该接触的电学性质是半导体器件中的关键参数，因为它不仅影响器件的电流传输和能量转换，还会对器件的稳定性和可靠性产生重要影响。
金属-半导体界面欧姆接触的形成原理是基于输运理论，在该理论中，金属和半导体之间的电子输运是由两个相互作用的过程控制的，即金属电子的输运和半导体空穴（或自由电子）的输运。
界面上的这两种扩散过程可能会导致电荷分布不均匀，从而导致局部位势变化和能带弯曲。
如果这些效应足够强，就会形成一个电势垒，它可以限制电子和空穴的自由输运，从而增加接触的电阻。
例如，当金属和n型半导体接触时，电子从金属向半导体的扩散会导致电势垒的减小，而空穴从半导体向金属的扩散则会导致电势垒的增大。
反之，当与p型半导体接触时，电子和空穴的扩散方向相反。
在某些情况下，这些效应可以相互抵消，在接触上不会产生电势垒，从而形成良好的欧姆接触。
对于制备良好的金属-半导体欧姆接触，有多种技术方法和测量手段可供选择。
其中一种常用的方法是采用金属薄膜沉积和电极化学反应来制备欧姆接触，例如采用金属气相沉积或蒸镀在半导体表面，然后在加热或非常规条件下进行电极化学反应，从而形成欧姆接触。
另一种测试欧姆接触的方法是使用专门的测试设备将信号应用于测试样品上并测量其响应，例如电阻，电流和电压等。
在制备良好的欧姆接触过程中，一些工艺因素需要特别注意。
首先，金属和半导体之间应保持足够密接，并且需要特别处理以降低其接触电阻。
其次，在制造过程中应尽可能避免热处理和高温，以防止在界面上产生能带弯曲和电势垒等效应。
此外，还要避免使用具有不良表面特性的金属或杂质，以确保欧姆接触的良好性能。
总之，金属-半导体界面欧姆接触是半导体器件制备和性能研究中的一个关键问题。
它的形成原理基于输运理论，制备和测试方法多种多样，同时需要注意一些关键的工艺因素，以确保欧姆接触的良好性能。