2016年第6章习题解答

第六章

6.1 什么叫理想表面？为什么理想表面实际上是不存在的？什么叫实际表面？

答：（1）在无限晶体中插进一个平面，然后将其分成两部分，这个分界面叫“理想表面”。此时对于半无限晶体除了附加一组边界条件以外，原子和电子的状态和原来无限晶体时一样。

（2）因为实际晶体都是有限的，没有无限晶体存在，所以理想表面实际上并不存在。

（3）实际表面可分为清洁表面和真实表面。清洁表面是指没有杂质吸附和氧化层的实际表面；真实表面是我们日常接触到的大量实际表面，它们哪怕经过了严格的清洗，看起来是“清洁的”，实际上由于环境的影响，表面往往生成氧化物或其他化合物，还可能有物理吸附层，甚至还有与表面接触过的各种物体留下的痕迹。

6.9 施主浓度N D=1017cm-3的N型硅，室温下的功函数是多少？若不考虑表面态的影响，它分别与Al，Au，Mo接触时，形成阻挡还是反阻挡层？硅的电子亲和能取4.05eV。

取W Al=4.18eV，W Au=5.20eV，W Mo=4.21eV。取室温下N C=2.8×1019cm-3，k b T=0.026eV。

答：由得，

对于N型硅，n≈N D=1017cm-3，因此

W s=χ+（E C-E F）=4.20eV

对于N型硅，W M＞W s时形成阻挡层，因此该N型硅与Mo，Au接触形成阻挡层，与Al 接触形成反阻挡层。

6.10 在由N型半导体组成的MIS结构上加上电压V G，分析其表面空间电荷层状态随V G变化的情况，并解释其C-V曲线。

答：n型半导体的MIS结构的C-V特性如下图：

（1）加负向电压V G<<0时。当加在MIS结构的负向电压V G<<0，此时半导体表面出现少数载流子强反型状态，耗尽层厚度将保持极大值。此时：

当外加偏压使半导体表面出现少数载流子强反型时，︱qV s︱>2qV B>>k0T，此时C/C0=1，即MIS结构电容等于绝缘层的电容C0而不随外加电压而改变。如图中AB段。

这种情况下C/C0与外加电压频率有关，上述结果是外加电压频率较低的情况，如果外加电压频率较高，情况会有所不同，如CD段。因为在高频信号时，半导体表面出现强反型，电容达到极小值，并不随外加偏压V G而变化。

（2）加负偏压V G<0。当MIS结构加上V G<0的负偏压时，当︱V G︱不是太大，未引起表面反型，半导体表面空间电荷区处于多子耗尽状态，此时：

当V G负偏压的绝对值减小时，表面势V s的绝对值也减小，即C/C0增加，其变

化情况如图中EF所示。

（3）当V G=0，即不加外偏压时。当MIS结构没有加上任何偏压时，表面势V s=0，半导体表面层处于平带状态。此时归一化平带电容为：

（4）加正偏压V G>0。当MIS结构加上V G>0的正偏压时，n型半导体表面层处于多子堆积状态，此时：

若所加正偏压较大，则V s为正值较大，得C/C0=1，则C=C0。这说明在较大的正向偏压情况下，MIS结构的电容不随外加电压而改变，如图中GH段。

若所加的正向偏压较小，V s也较小，由上式可以看出，C/C0的值随V s的增大而增大。如图中FG段。