最新7金属和半导体的接触

金属中的功函数
半导体中的功函数 和电子亲和能
7.2 金属半导体接触整流理论1
——金半接触整流理论即金属和半导体紧密接触时的阻挡层理论。
Vf=0
Vf>0
Vr<0
外加偏压对n型阻挡层的能带图
➢ 考虑电流 平衡态阻挡层——无净电荷流过势垒区 V>0,半导体一侧势垒降——电流：金属→半导体（电子：半导体→金属） 且随V增而电流增 V<0,半导体一侧势垒增——电流：半导体→金属（电子：金属→半导体） 但随V增而电流变化小←金属一边势垒不随外加电压变化 ——即阻挡层具有类似pn结的整流作用
7.2 金属半导体接触整流理论10
➢ 镜像力影响
——金属外面的电子在金属表面感应出正电荷；电子所受到感应电 荷的作用，相当于金属体内与电子等距离位置等量正电荷的作用
镜像力
镜像势能
无镜像力电势 电子总电势能
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
ε0=8.85×10-14F/cm 。室温下硅的NC=4×1018cm-3, 有效理查逊常数A*=120 (mn*/m0) =120×1.11A/cm2.K2。
7.3 少数载流子的注入和欧姆接触1
一、少数载流子的注入
——金属和n型半导体的整流接触加上正向电压时，空穴从金属 流向半导体的现象（实际为半导体价带电子流向金属）
－半导体到金属的电子流依赖于电压
7.2 金属半导体接触整流理论9
－金属到半导体的电子流基本不依赖于电压 J m→s：常数 热平衡条件下
➢ 总电流密度
1、JST与外加电压无关，但强烈依赖于温度 2、Ge、Si、GaAs有较高迁移率，较大平均自由程, 其电流输运机构是多数载流子的热电发射
三、镜像力和隧道效应的影响
V= 0 (平衡态) 空穴扩散与电场抵消
少子注入比
Au/n-Si接触的平面二极管 γ
V> 0 (正偏) 空穴扩散主导
< 0.1% 小注入 ≈ 5% 大注入
二、欧姆接触
7.3 少数载流子的注入和欧姆接触2
——非整流接触 ➢ 特点 1、不产生明显的附加阻抗；
2、不会使半导体内部平衡载流子浓度发生显著改变；
)
则单位体积中E~(E+dE)范围内的电子数为
即为速度空间单位体积中的电子数
实空间单位体积，速度空间电子的分布
7.2 金属半导体接触整流理论7
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
可以越过势垒电子的 能量要求
电流密度
7.2 金属半导体接触整流理论8
来自百度文库
有效理查逊常数
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
临界厚度xc
隧道效应所引起势垒降低量随反向偏压的增加而增加 ——反向漏电流随反向偏压增加
7.2 金属半导体接触整流理论12
四、肖特基势垒二极管(SBD)
——利用金-半整流接触特性制成的二极管
7.2 金属半导体接触整流理论2
一、扩散理论
——适用于势垒宽度>>电子平均自由程 电子通过势垒区要发生多次碰撞
➢ 同时考虑势垒区扩散和漂移电流
7.2 金属半导体接触整流理论3
主要取决于x=0 附近的电势值 <<1
平衡态近似:x=0处电子和金属 近似处于平衡态；n(0)近似为 平衡时电子浓度
7.2 金属半导体接触整流理论4
金属－重掺杂半导体接触
7.3 少数载流子的注入和欧姆接触3
➢ 电子隧穿通过势垒区电流
总隧穿电流
1、线性I-V, 正反向对称
2、
接触电阻很小
掺杂浓度越高，接触电阻R越小——重掺杂可得到欧姆接触
7.2 金属半导体接触整流理论5
随电压而变化，并不饱和 1、JSD随电压变化——反向电流密度不饱和 2、适用于势垒宽度>>电子平均自由程——小迁移率半导体，如氧化亚铜
7.2 金属半导体接触整流理论6
二、热电子发射理论
——适用于势垒宽度<<电子平均自由程 电子在势垒区碰撞忽略，势垒高度起决定作用 电流的计算归结为计算超越势垒载流子数目
➢ 与pn结二极管异同
相同点：都具有单向导电性 不同点：
——SBD主要应用于高速集成电路、微波技术等领域
作业-课后习题8
第七章 金属和半导体的接触
施主浓度ND=10 16cm-3的 n型Ge材料，在它的（111）面上与金属接触制成肖 特基二级管。已知VD=0.4V,求加上0.3V电压时的正向电流密度。设εr=16，
7金属和半导体的接触
7.1 金属半导体接触及其能级图1
一、功函数和电子亲合能
功函数： 真空能级与费米能级之差 真空能级E0：真空中静止电子的能量
1、标志电子在材料中束缚的强弱 2、金属功函数随原子序数周期变 化；铯：1.93eV, 铂：5.36eV 3、半导体功函数与杂质浓度有关
电子亲和能χ：真空能级与导带底之差（导带底电子逸出体外的最小能量）
➢ 金-半欧姆接触的实现？ 1、不考虑表面态影响时， n型半导体Wm<Ws，反阻挡层——欧姆接触 p型半导体Wm>Ws，反阻挡层——欧姆接触 ——选用适当金-半材料即可实现欧姆接触
2、多数半导体材料，如Si、Ge、GaAs表面 态密度高——接触与金属功函关系不大 ——主要利用隧道效应原理在半导体上制造欧 姆接触