欧姆接触和费米能级
硅锗 欧姆接触-概述说明以及解释
硅锗欧姆接触-概述说明以及解释1.引言1.1 概述硅锗材料是一种重要的半导体材料，近年来在电子器件领域得到广泛应用。
硅锗材料具有独特的电学和光学性质，既具备了硅材料的优势，又兼具了锗材料的特点，因此具有很高的研究和应用价值。
同时，欧姆接触作为电子器件中一种基本的连接方式，对于硅锗材料的电子器件设计和性能表现有着重要的影响。
欧姆接触是指两种不同材料之间形成的低电阻接触，其中电流-电压（I-V）特性呈线性关系。
在硅锗材料中，实现良好的欧姆接触关系对于提高器件的性能至关重要。
因此，研究硅锗的欧姆接触机制和性能优化已成为当前材料科学和器件工程领域的热点话题。
本文旨在探讨硅锗材料的欧姆接触特性及其研究进展。
首先会介绍硅锗材料的基本概况，包括其结构特点、物理性质等。
其次，将详细讲解欧姆接触的基本原理，包括欧姆接触的特征、物理机制等方面的内容。
最后，将重点关注硅锗材料的欧姆接触研究进展，包括不同接触方法、材料改性等方面的最新研究成果。
通过对已有研究的综述和分析，可以为进一步的研究提供一定的指导和思路。
通过本文对硅锗材料的欧姆接触进行深入的研究和理解，可以为硅锗材料在电子器件领域的应用提供重要的理论和实验基础。
同时，对未来硅锗材料的欧姆接触研究方向进行展望，也将为该领域的科学家和工程师提供一些有益的借鉴和启示。
综上所述，本文将以概述硅锗材料以及欧姆接触的研究进展为主线，希望为读者提供全面而系统的关于硅锗材料欧姆接触方面的知识，推动相关领域的研究发展，促进相关技术的应用和推广。
文章结构部分的内容可以按照以下方式编写：1.2 文章结构本文将围绕硅锗材料和欧姆接触展开讨论。
文章共分为三个部分：引言、正文和结论。
在引言部分，我们首先会对硅锗材料和欧姆接触进行概述，介绍其基本特性和重要性。
接着，我们将阐明文章的结构和目的，为读者提供一个整体的框架。
正文部分将详细介绍硅锗材料的特点和性质，并着重介绍欧姆接触的基本原理。
我们将深入探讨硅锗欧姆接触在材料科学和电子技术领域的研究进展，包括不同实验方法、制备工艺、表征技术以及应用领域等方面的内容。
半导体物理与器件知识点
半导体物理与器件知识点
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。
两种相同半导体接触后,费米能级
两种相同半导体接触后,费米能级当两种相同半导体接触时，费米能级的变化成为了研究的焦点。
费米能级是描述半导体材料中电子能量分布的一个重要概念，它决定了半导体中电子的行为和性质。
在两种相同半导体接触的过程中，费米能级的变化将直接影响电子的运动和分布。
让我们来看看两种相同半导体接触前的情况。
在这种情况下，每种半导体内的费米能级处于相对平衡的状态，即能级上的电子数量与空穴数量相等。
这种平衡状态意味着电子和空穴的浓度相等，没有电流的流动。
此时，费米能级位于两种半导体能带中间的位置。
然而，当两种相同半导体接触时，费米能级将发生改变。
具体来说，当两种半导体接触时，由于能带之间的能量差异，电子将从一个半导体转移到另一个半导体。
这个过程被称为电子注入。
在电子注入的过程中，费米能级会发生移动，以适应新的电子分布。
如果将两种相同半导体接触后的费米能级进行简单描述，可以说费米能级向能带较低能量的半导体方向移动。
这是因为电子会从能带较高能量的半导体转移到能带较低能量的半导体，使得能带较低能量的半导体中的电子浓度增加。
费米能级的移动是为了平衡两种半导体中的电子浓度差异。
当费米能级发生移动后，电子和空穴的浓度将不再相等。
这将导致电子和空穴之间的重新组合，形成电子-空穴对。
同时，由于电子的注入，半导体之间将形成电势差，从而产生电场。
这个电场将影响电子和空穴的运动方向，最终导致电流的流动。
当两种相同半导体接触后，费米能级将发生移动，以适应电子注入和电荷重新分布的过程。
这个过程是半导体器件中电流流动的基础，也是半导体材料中电子行为和性质的重要特征之一。
通过研究和理解费米能级的变化，我们可以更好地设计和优化半导体器件，实现更高效的电子器件和电路。
欧姆接触
欧姆接触
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
王书方
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引言
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 差值称作功函。 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，电子将会从低功函 一边流向另一边直到费米能级相平衡。
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致谢
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2. 改善表面p－GaN的表面状况 利用MOCVD方法生长的GaN的表面上通常都存在一层 绝缘的污染层——氧化物（如GaO3等）和其它被吸附的 有机物等，如不除去将会使фb升高0.2～0.3eV。因此，在 制作金属—p－GaN接触前应进行表面处理。处理的方法 通常有化学溶剂清洗、离子溅射和热处理等。 进一步的研究表明所用的化学溶剂对фb也有影响，经 KOH清洗的p－GaN，其Fermi能级较之于经HCl清洗的向 价带方向移动约1.0eV，从而使其具有更低的фb，利用王 水清洗也有类似的效果。 通常在较高的温度和还原性气氛中退火有利于去氧化 物，但过高的温度（600℃以上）有可能使GaN表面产生N 空位。
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实现金属-p-GaN欧姆接触的方法 欧姆接触的方法 实现金属 如上所述，金属—p－GaN间形成欧姆接触存在着两大障碍， 因此，欲形成欧姆接触必须寻找更为合适的金属或合金系统以 降低Schottky势垒（фb），或提高p－GaN的空穴浓度。 选用功函数高的金属或合金系统 说起降低Schottky势垒（фb），人们首先想到的便是选 用功函数高的金属或合金系统，如：Pt（5.65eV)、Au （5.20eV）、Pd（5.17eV）、Ni（5.15eV）、Ni/Au、Ni/Pt、 Pt/Au、Ta/Ti、Co/Au、Cu/Au、Pd/Au、Pt/Ru、Ti/Pt/Au、 Pt/Ni/Au、Ni/AuZn，其中研究最多的是Ni/Au基合金系统。 在研究表面处理和金属（Pt、Ni、Pd、Au、Cu、Ti、Al、 Ta等）功函数对金属—p－GaN接触势垒фb的影响后发现：无 论在退火前或退火后（即是否发生合金化），фb都随功函数的 提高而降低，但最低的不是功函数最高的Pt，而是Ni。这说明 影响фb的不仅仅是功函数，还有表面状况等其它因素，这与已 有的理论是一致的。
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。
电子有效质量的意义（精选3篇）
电子有效质量的意义（精选3篇）以下是网友分享的关于电子有效质量的意义的资料3篇，希望对您有所帮助，就爱阅读感谢您的支持。
篇一：有效质量的意义有效质量的意义它概括了半导体内部势场的作用，使得在解决半导体中电子在外力作用下的运动规律时可以不涉及到半导体内部势场的作用，可以方便解决电子的运动规律。
空穴：将价带电子的导电作用等效为带正电荷的准粒子的导电作用。
空穴的主要特征：A 、荷正电：+q；B 、空穴浓度表示为p （电子浓度表示为n ）；C 、EP=-EnD 、mP*=-mn*2. 回旋共振目的是测出有效质量，确定能带结构。
施主杂质：束缚在杂质能级上的电子被激发到导带Ec 成为导带电子，该杂质电离后成为正电中心（正离子）。
这种杂质称为施主杂质。
受主杂质：束缚在杂质能级上的空穴被激发到价带Ev 成为价带空穴，该杂质电离后成为负电中心（负离子）。
这种杂质称为受主杂质。
等电子杂质特征：a 、与本征元素同族但不同原子序数例：GaP 中掺入Ⅴ族的N 或Bib 、以替位形式存在于晶体中，基本上是电中性的。
两性杂质：在化合物半导体中，某种杂在其中既可以作施主又可以作受，这种杂质称为两性杂质。
费米能级E F 称为费米能级或费米能量温度导电类型杂质含量能量零点的选取d F E =μ=() T f (E ) =N ∑F i d N i处于热平衡状态的电子系统有统一的费米能级意义是：当系统处于热平衡态，也不对外界做功的情况下，系统增加一个电子所引起系统自由能的变化，等于系统的化学势，也就是等于系统的费米能级。
平均自由程：连续两次散射间自由运动的平均路程。
格波的能量效应以h νa 为单元声子2. 欧姆接触欧姆接触是指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改变的一种接触。
利用隧道效应的原理在半导体上制造欧姆接触。
制作欧姆接触最常用方法是重搀杂的半导体与金属的接触。
光生伏特效应用适当波长的光照射非均匀半导体时，由于内建场的作用，半导体内部产生电动势，这种由于内建场产生的光电效应，称为光生伏特效应。
欧姆接触PPT课件
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欧姆接触的原理
• 载流子输送方式：
a. 电子从半导体出发，越过势垒顶部热 发射到金属中
b. 电子穿过势垒的量子隧穿
c. 在空间电荷区的复合
d. 空穴从金属注入半导体，等效于中性 区的复合
e. 在接触周围的高电场作用下产生的边
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
1. 将蓝宝石衬底氮化 2. 采用MOCVD 技术，将输送气态的的Ga输送到衬底上外延缓，制备成N极GaN薄膜
欧姆接触的实现
• 生长工艺制作N极GaN半导体（ Monroy E ）
1. 往SiC半导体输送气态GaN进行外延 2. 在外延的同时将样品暴露于 He 等离子体辐照之下 3. 在SiC的碳面制备出N极GaN
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
欧姆接触工艺的优势
• 低电阻 • 高稳定性
• 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
• 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
固态电子论半导体物理固体物理部分名词解释(精)
固态电子论名词解释库(个人意见,仅供参考<固体物理局部 >晶体:构成粒子(原子,分子,集团周期性排列的固体,具有长程有序性,有固定的熔点,具有自限性, 各向异性和解理性特点的固体。
布拉伐点阵:晶体的周期性结构可以看作相同的点在空间周期性无限分布所形成的系统,称为布拉伐点阵。
布拉伐格子:在空间点阵用三组不共面平行线连起来的空间网格称为布拉伐格子。
基元:布拉伐格子中的最小重复单位称为基元。
原胞:在布拉伐格子中的最小重复区域称为原胞。
晶胞:为了同时反响晶体的周期性和对称性,常常选取最小的重复单位的整数倍作为重复单元,这种单元称为晶胞。
倒格子:分别以 b1,b2,b3, 作为基矢,构成的网格称作倒格子,其中布里渊区:在倒格子中,以某个倒格点作为原点,作出它到其他所有倒格点的矢量的垂直平分面,这些面将倒空间分割成有内置外的相等区域,称为布里渊区。
五种晶体结合力方式:离子结合和离子晶体:共价结合和共价晶体:能把两个原子结合在一起的的一对为两个原子自旋相反配对的电子结构称为共价键。
金属结合和金属晶体:作用力来自带正电原子实和负电电子云的吸引力,电子云重叠产生强烈的排斥作用的排斥力结合的称为金属晶体。
氢键结合和氢键晶体:氢原子同时与两个电负性较大的原子想结合,一个属于共价键,另一个通过库仑作用结合的称为氢键。
范德瓦耳斯结合和分子晶体:靠电偶极矩的相互作用而结合的力称作范德瓦耳斯力。
主要的晶体结构类型:声子:晶格振动的一个频率为 wq 的格波等价于一个简谐振子的振动,其能量也可以表示为以下, Enl=(0.5+nhwq.能量单元是 hwq, 它是格波的能量量子,称之为声子。
点缺陷:在一个或几个原子尺寸范围内的微观区域内,晶格结构发生偏离严格周期性而形成的畸变区域。
面缺陷:如果晶体中周期性遭到破坏的区域形成一条线,称这种一维缺陷为线缺陷。
刃型位错:螺型位错:半导体物理局部电子有效质量:在一维模型下,数学表达式 ,有效质量包含了内部势场各个方向的作用,内层电子能带越窄,有效质量越大,外层电子能带越宽,有效质量越小。
半导体物理之名词解释
1•迁移率参考答案：单位电场作用下，载流子获得的平均定向运动速度，反映了载流子在电场作用下的输运能力，是半导体物理中重要的概念和参数之一。
迁移率的表达式为：-1*m可见，有效质量和弛豫时间（散射）是影响迁移率的因素。
影响迁移率的主要因素有能带结构（载流子有效质量）、温度和各种散射机构。
- neq pei p2•过剩载流子参考答案：在非平衡状态下，载流子的分布函数和浓度将与热平衡时的情形不同。
非平衡状态下的载流子称为非平衡载流子。
将非平衡载流子浓度超过热平衡时浓度的部分，称为过剩载流子。
非平衡过剩载流子浓度：A n =n _n0,A p = p _p0，且满足电中性条件：A n =^p。
可以产生过剩载流子的外界影响包括光照（光注入）、外加电压（电注入）等。
2对于注入情形，通过光照或外加电压（如碰撞电离）产生过剩载流子：np n，对于抽取2情形，通过外加电压使得载流子浓度减小：n p：：：n。
3. n型半导体、p型半导体N型半导体：也称为电子型半导体.N型半导体即自由电子浓度远大于空穴浓度的杂质半导体•在纯净的硅晶体中掺入五价元素（如磷），使之取代晶格中硅原子的位置，就形成了N型半导体•在N型半导体中，自由电子为多子，空穴为少子，主要靠自由电子导电•自由电子主要由杂质原子提供，空穴由热激发形成•掺入的杂质越多，多子（自由电子）的浓度就越高，导电性能就越强•P型半导体：也称为空穴型半导体P型半导体即空穴浓度远大于自由电子浓度的杂质半导体•在纯净的硅晶体中掺入三价元素（如硼），使之取代晶格中硅原子的位子，就形成P型半导体•在P型半导体中，空穴为多子，自由电子为少子，主要靠空穴导电•空穴主要由杂质原子提供自由电子由热激发形成•掺入的杂质越多，多子（空穴）的浓度就越高，导电性能就越强•4. 能带当N个原子处于孤立状态时，相距较远时，它们的能级是简并的，当N个原子相接近形成晶体时发生原子轨道的交叠并产生能级分裂现象。
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 ）
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• 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
半导体器件物理 第二章总结
其次，对于相同的势垒高度，肖特基二极 管的JsD或JsT要比P-N结的反向饱和电流Js大 得多。换言之，对于同样的使用电流，肖 特基二极管将有较低的正向导通电压，一 般为0.3V左右。
22
肖特基二极管的应用
因为有以上的特点，肖特基二极管在高速 集成电路，微波技术等许多领域都有很多 重要应用。 例如，由于肖特基势垒具有快速开关响应， 因而可以把它和N-P-N晶体管的集电极-基 极结并联连接，如图5 a所示，以减小晶体 管的存贮时间。
9
接触电阻定义为零偏压下的微分电阻，即
∂I Rc = ∂V V =0
4π * Rc ∝ exp mnε r ε 0 h
−1
（1）
运用量子力学的运算，最后得到
(
)
1/ 2
VD 1/ 2 N D
（2）
由式（2）看到，掺杂浓度越高，接触电阻 Rc越小。因而，半导体材料重掺杂时，可 得到欧姆接触。
16
图3
实用的肖特基二极管结构：采用金属搭接
17
为了得到理想的I-V特性，在图4所示的保 护环结构中采用了一种附加的p+扩散环来 降低边缘效应。由于搭接金属结构比较简 单，通常在集成电路中采用它更为合适。
18
图4
实用的肖特基二极管结构：采用保护环二极管
19
肖特基二极管的特点
肖特基势垒二极管和P-N结二极管具有类似 的电流-电压关系，即它们都有单向导电性； 但前者又有区别于后者的以下显著特点。 首先，就载流子的运动形式而言，P-N结正 向导通时，由P区注入N区的空穴或由N区 注入P区的电子，都是少数载流子，它们先 形成一定的积累，然后靠扩散运动形成电 流。
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半导体器件物理复习（施敏）
半导体器件物理复习（施敏）第⼀章1、费⽶能级和准费⽶能级费⽶能级：不是⼀个真正的能级，是衡量能级被电⼦占据的⼏率的⼤⼩的⼀个标准，具有决定整个系统能量以及载流⼦分布的重要作⽤。
准费⽶能级：是在⾮平衡状态下的费⽶能级，对于⾮平衡半导体，导带和价带间的电⼦跃迁失去了热平衡，不存在统⼀费⽶能级。
就导带和价带中的电⼦讲，各⾃基本上处于平衡态，之间处于不平衡状态，分布函数对各⾃仍然是适应的，引⼊导带和价带费⽶能级，为局部费⽶能级，称为“准费⽶能级”。
2、简并半导体和⾮简并半导体简并半导体：费⽶能级接近导带底(或价带顶)，甚⾄会进⼊导带(或价带)，不能⽤玻尔兹曼分布，只能⽤费⽶分布⾮简并半导体：半导体中掺⼊⼀定量的杂质时，使费⽶能级位于导带和价带之间3、空间电荷效应当注⼊到空间电荷区中的载流⼦浓度⼤于平衡载流⼦浓度和掺杂浓度时，则注⼊的载流⼦决定整个空间电荷和电场分布，这就是空间电荷效应。
在轻掺杂半导体中，电离杂质浓度⼩，更容易出现空间电荷效应，发⽣在耗尽区外。
4、异质结指的是两种不同的半导体材料组成的结。
5、量⼦阱和多量⼦阱量⼦阱：由两个异质结或三层材料形成，中间有最低的E C和最⾼的E V，对电⼦和空⽳都形成势阱，可在⼆维系统中限制电⼦和空⽳当量⼦阱由厚势垒层彼此隔开时，它们之间没有联系，这种系统叫做多量⼦阱6、超晶格如果势垒层很薄，相邻阱之间的耦合很强，原来分⽴的能级扩展成能带(微带)，能带的宽度和位置与势阱的深度、宽度及势垒的厚度有关，这种结构称为超晶格。
7、量⼦阱与超晶格的不同点a.跨越势垒空间的能级是连续的b.分⽴的能级展宽为微带另⼀种形成量⼦阱和超晶格的⽅法是区域掺杂变化第⼆章1、空间电荷区的形成机制当这两块半导体结合形成p-n结时，由于存在载流⼦浓度差，导致了空⽳从p区到n 区，电⼦从n区到p区的扩散运动。
对于p 区，空⽳离开后，留下了不可动的带负电的电离受主，这些电离受主，没有正电荷与之保持电中性，所以在p-n结附近p 区⼀侧出现了⼀个负电荷区。
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。
半导体物理名词解释
半导体物理名词解释金刚石型结构：金刚石结构是一种由相同原子构成的复式晶体，它是由两个面心立方晶胞沿立方体的空间对角线彼此位移四分之一空间对角线长度套构而成。
每个原子周围都有4个最近邻的原子，组成一个正四面体结构。
闪锌矿型结构：闪锌矿型结构的晶胞，它是由两类原子各自组成的面心立方晶格，沿空间对角线彼此位移四分之一空间对角线长度套构而成。
有效质量：粒子在晶体中运动时具有的等效质量，它概括了半导体内部势场的作用。
有效质量表达式为：费米能级: 费米能级是T=0 K时电子系统中电子占据态和未占据态的分界线，是T=0 K时系统中电子所能具有的最高能量。
准费米能级:统一的费米能级是热平衡状态的标志。
当外界的影响破坏了热平衡，使半导体处于非平衡状态时，就不再存在统一的费米能级。
但是可以认为，分别就导带和价带中的电子讲，他们各自基本上处于平衡状态，导带与价带之间处于不平衡状态。
因为费米能级和统计分布函数对导带和价带各自仍是适用的，可以引入导带费米能级和价带费米能级，它们都是局部的费米能级。
称为“准费米能级”费米面：将自由电子的能量E等于费米能级Ef的等能面称为费米面。
费米分布：大量电子在不同能量量子态上的统计分布。
费米分布函数为：施主能级：通过施主掺杂在半导体的禁带中形成缺陷能级，被子施主杂质束缚的电子能量状态称为施主能级。
受主能级：通过受主掺杂在半导体的禁带中形成缺陷能级，被受主杂质束缚的空穴的能量状态称为受主能级。
禁带：能带结构中能态密度为零的能量区间。
价带：半导体或绝缘体中，在绝对零度下能被电子沾满的最高能带。
导带：导带是自由电子形成的能量空间，即固体结构内自由运动的电子所具有的能量范围。
N型半导体: 在纯净的硅晶体中掺入五价元素（如磷），使之取代晶格中硅原子的位置，就形成了N型半导体。
P型半导体: 在纯净的硅晶体中掺入三价元素（如硼），使之取代晶格中硅原子的位置，形成P型半导体。
简并半导体: 对于重掺杂半导体，费米能级接近或进入导带或价带，导带/价带中的载流子浓度很高，泡利不相容原理起作用，电子和空穴分布不再满足玻耳兹曼分布，需要采用费米分布函数描述。
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。
(完整版)半导体物理试题
一、名词解释1、施主杂质：在半导体中电离时，能够释放电子而产生导电电子并形成正电中心的杂质称为施主杂质。
受主杂质：在半导体中电离时，能够释放空穴而产生导电空穴并形成负电中心的杂质称为受主杂质。
2、本征半导体：完全不含缺陷且无晶格缺陷的纯净半导体称为本征半导体。
实际半导体不可能绝对地纯净，本征半导体一般是指导电主要由本征激发决定的纯净半导体。
3、多子、少子（1）少子：指少数载流子，是相对于多子而言的。
如在半导体材料中某种载流子占少数，在导电中起到次要作用，则称它为少子。
（2）多子：指多数载流子，是相对于少子而言的。
如在半导体材料中某种载流子占多数，在导电中起到主要作用，则称它为多子。
4、欧姆接触指金属与半导体的接触，其接触面的电阻远小于半导体本身的电阻，实现的主要措施是在半导体表面层进行高参杂或引入大量的复合中心。
5、（1）费米能级: 费米能级是绝对零度时电子的最高能级。
（2）受主能级: 被受主杂质所束缚的空穴的能量状态称为受主能级（3）施主能级：被施主杂质束缚的电子的能量状态称为施主能级6、电子亲和能：真空的自由电子能级与导带底能级之间的能量差，也就是把导带底的电子拿出到真空去而变成自由电子所需要的能量。
7、深/浅能级（1）浅能级杂质：在半导体中，能够提供能量靠近导带的电子束缚态或能量接近价带的空穴束缚态的杂质称为浅能级杂质。
（2）深能级杂质：在半导体中，能够提供能量接近价带的电子束缚态或能量接近导带的空穴束缚态的杂质称为深能级杂质。
8、肖特基势垒金属与半导体接触时，若二者功函不同，载流子会在金属与半导体之间流动，稳定时系统费米能级统一，在半导体表面一层形成表面势垒，是一个高阻区域，称为阻挡层。
电子必须跨越的界面处势垒通常称为肖特基势垒。
二、简答题1.简述PN结反向击穿的原理（雪崩效应、齐纳击穿、热电击穿）答：（1）雪崩击穿：半导体中， pn 结反向电压增大时，势垒区中的电场很强，在势垒区内的电子和空穴由于受到强电场的漂移作用，具有很大的动能，它们与势垒区内的晶格原子发生碰撞时，能把价键上的电子和空穴碰撞出来，成为导电电子，同时产生一个空穴。
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上述简单的理论预言了φB = φM ? χS，因此似乎可以天真的认为工函靠近半导体的电子亲和性的金属通常应该容易形成欧姆接触。事实上，高工函金属可以形成最好的p型半导体接触而低工函金属可以形成最好的n型半导体接触。不幸的是实验表明理论模型的预测能力并不比上述论断前进更远。在真实条件下，接触金属会和半导体表面反应形成具有新电学性质的复合物。界面处一层污染层会非常有效的增加势垒宽度。半导体表面可能会重构成一个新的电学态。接触电阻与界面间化学细节的相关性是导致欧姆接触制造工艺可重复性为如此巨大的制造挑战的原因。
欧姆接触和费米能级
cmos 2009-11-16 17:46:32 阅读319 评论0 字号：大中小 订阅
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：
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。
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。
对于0 < x < W，ρ = eNdopant是完全耗尽的半导体中离子化的施主和受主净电荷密度Ndopant以及e是电荷。ρ和Vbi对于n型半导体取正号而对于p型半导体取负号，n型的正曲率V''(x)和p型的负曲率如图所示。
从这个大概的推导中可注意到势垒高度（与电子亲和性和内建场相关）和或者改变掺杂密度来改变。总之工程师会选择导电、非反应、热力学稳定、电学性质稳定且低张力的接触金属然后提高接触金属下方区域掺杂密度来减小势垒高度差。高掺杂区依据掺杂种类被称为 n + 或者p + 。因为在隧穿中透射系数与粒子质量指数相关，低有效质量的半导体更容易被解除。另外，小禁带半导体更容易形成欧姆接触因为它们的电子亲和度（从而势垒高度）更低。
在MKS单位制 ρ 是净电荷密度而ε是介电常数。 几何结构是一维的因为界面被假设为平面的。对方程作一次积分，我们得到
积分常数 根据耗尽层定义为界面完全被屏蔽的长度。就有
其中V(0) = Vbi被用于调整剩下的积分常数。这一V(x)方程描述了插图右手边蓝色的断点曲线。耗尽宽度可以通过设置V(W) = 0来决定，结果为
（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。
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。对于p型半导体，φB = Eg ? (φM ? χS)其中Eg是禁带宽度。当穿越势垒的激发是热力学的，这一过程称为热发射。真实的接触中一个同等重要的过程既即为量子力学隧穿。WKB近似描述了最简单的包括势垒穿透几率与势垒高度和厚度的乘积指数相关的隧穿图像。对于电接触的情形，耗尽区宽度决定了厚度，其和内建场穿透入半导体内部长度同量级。耗尽层宽度W可以通过解泊松方程以及考虑半导体内存在的掺杂来计算: