半导体物理第七章

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★ I-V特性的定性图象
①定性图象--阻挡层的整流作用: (仍讨论M/n-S 形成电子势垒) M/S接触是多子器件. 对M/n-S 形成的 电子势垒, 其输运特性主要由电子决定. ♦ 正向偏置, 半导体一侧电子势垒降低, 可 形成较大的正向电流. ♦ 反向偏置, 半导体一侧电子势垒升高, 反 向电流很小. 当反向偏置加大,反向电流可 趋于饱和.
影响肖特基势垒的因素有:金属和半导体的功函数、金属 感应的镜像电荷产生的镜像势、界面的陷阱态能级及其 密度等
欧姆接触，可为半导体器件之间的连接提供的低阻互连 肖特基二极管，可作为整流结（肖特基势垒）器件使用
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M/S接触的形成
M/S结构通常是通过在干净的半导体表面 淀积金属而形成。利用金属硅化物 （Silicide）技术可以优化和减小接触电阻, 有助于形成低电阻欧姆接触。
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图7-10
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1938年,W. Schottky提出了基于整流二极 管的理论，称为肖特基二极管理论。这 一理论以金属和半导体功函数差为基础。
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②半导体一边的势垒高度:
VD =∣Vms∣ ③表面势—半导体表面相对于体内的电势
Vs= Vms
④金属一边的势垒高度(肖特基势垒--SB):
eΦSB = eΦns = Wm –χ ♦ 常常选择ΦSB为描述金属/半导体接触 势垒的基本物理量(ΦSB几乎与外加电压 无关)
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能带
电荷分布 电场分布
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M/S接触的电势分布和Poisson方程
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★ 金属/半导体接触的几种情况
对M / n型半导体: ♦ Wm>Ws 能带上弯--电子势垒 空间电荷—电离施主 ♦ Wm<Ws 能带下弯--电子势阱 空间电荷—电子积累 势垒—阻挡层, 势阱—反阻挡层
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Wm>Ws
电子势垒
Wm<Ws
电子势阱
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对M / p型半导体: ♦ Wm>Ws 能带上弯--空穴势阱 空间电荷—空穴积累 ♦ Wm<Ws 能带下弯--空穴势垒 空间电荷—电离受主
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Wm<Ws
空穴势垒
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Wm>Ws
空穴势阱
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§ 2金属半导体接触整流理论 （肖特基二极管的偏置及其IV特性）
半导体物பைடு நூலகம்学
一．半导体中的电子状态 二．半导体中杂质和缺陷能级 三．半导体中载流子的统计分布 四．半导体的导电性 五．非平衡载流子 六．pn结 七．金属和半导体的接触 八．半导体表面与MIS结构
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chap7 金属与半导体接触
Metal-semiconductor Contact
制造半导体器件或研究半导体材料的性质;总要涉
对半导体而言, 功函数与掺杂有关
② 功函数与表面有关.
③ 功函数是一个统计物理量
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对半导体,电子亲和能χ是固定的,功函 数与掺杂有关
图7-3
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表7-1 半导体功函数与杂质浓度的关系 ♦ n型半导体: WS=χ+(EC-EF) ♦ p型半导体: WS=χ+[Eg-(EF-EV)]
两种接触的伏安特性：
I
1：整流接触（肖特基接触）
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o 2：欧姆接触
V
I＝V／R
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§ 7.1金属半导体接触及其能级图
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金属/半导体接触和肖特基势垒
M/S接触（Contact）为金属（M）与半导体（S）接触形 成的基本结构,通常形成肖特基势垒(Shottky Barrier)，其 中肖特基势垒是M/S肖特基接触的主要特征。在特定的条 件下M/S接触可形成欧姆（Ohmic）型接触。
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★ 金属和半导体的功函数
功函数: W= EVAC-EF, ( EVAC --真空中静止电子的能量,亦记作E0 ) 功函数给出了固体中EF处的电子逃逸到真空所
需的最小能量.
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金属功函数Z
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关于功函数的几点说明:
① 对金属而言, 功函数Wm可看作是固定 的. 功函数Wm标志了电子在金属中被束 缚的程度.
及到金－半接触如: 1．器件内引线（集成电路各元件的互连线）
2．外引线 3．汞探针c-v测载流子浓度；四探针（钨丝）测电
阻率 金属－半导体接触类型：
1.半导体为轻掺杂（一般 N51）017,/金cm －3
半接触表现为单向导电（具有整流作用），这 种接触称为肖特基接触（schottky-contact）
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★ 金属和半导体接触电势差
❖一种典型情况: 讨论M/n型半导体, Wm>Ws(阻挡层）
①接触电势差--为了补偿两者功函数之差, 金属与半导体之间产生电势差: Vms=(Ws –Wm)/e ♦当Wm>Ws , Vms<0 (金属一边低电势) （反阻挡层） ♦通常,可认为接触电势差全部降落于空 间电荷区.
（整流接触）
应用：微波开关二极管；太阳能电池；整流器
2021（/2/6面积大,功率大，作开关型稳压源）；
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chap7 金属与半导体接触
Metal-semiconductor Contact
;箝位二极管（用于集成电路“IC”,限制深饱和） （肖特基势垒二极管）
2．半导体为重掺杂（ N510）20/，cm 金3 －半接 触表现为（正反向偏压）低阻特性。称欧姆接触 （非整流接触）V-I特性对称。 应用:器件引线（外引线及集成电路中的内线）
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热平衡情形下M/S接触的能带图
假设金属与半导体功函数差为:Wms,且一般情 况下不为0。
当金属和半导体形成接触时，如果二者的功函 数不同（费米能级不等），则会发生载流子浓 度和电势的再分布，形成肖特基势垒。通常会 出现电子从功函数小（费米能级高）的材料流 向功函数大的材料，直到两材料体内各点的费 米能级相同（即Ef ＝常数）为止。半导体体内 载流子的再分布会形成载流子耗尽或积累，并 在耗尽区或积累区发生能带弯曲，而在金属体 内的载流子浓度和能带基本没有变化。