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1、金属半导体和半导体异质结,概念：同质结、异质结、金半结、欧姆接触,同质结：同材料PN结 异质结：不同材料PN结 金半结：金属与半导体接触（肖特基势垒二极管） 欧姆接触：没有整流效应的接触 功函数：电子溢出表面吸收的最小能量。,金属的功函数：,半导体的功函数：,电子亲和能,9.1肖特基势垒二极管,9.1肖特基势垒二极管,肖特基势垒：,内建电势差：,9.1肖特基势垒二极管 正反偏,突变结近似,9.1肖特基势垒二极管 非理想因素,肖特基效应：势垒的镜像力降低 界面态的影响,9.1肖特基势垒二极管 非理想因素,肖特基效应：势垒的镜像力降低,9.1肖特基势垒二极管 非理想因素,与理想不符,=4.07eV
2、,=4.01eV,9.1肖特基势垒二极管 非理想因素,界面态的影响,施主型表面态：能级释放电子后显正电性。,受主型表面态：能级接受电子后显负电性。,与pn结不同，主要靠多数载流子的运动来决定电流的情况。 热电子发射理论： 势垒高度远大于kT时，电流的计算可以归纳为计算超越势垒的载流子数目。,9.1肖特基势垒二极管 电流电压关系,9.1肖特基势垒二极管 电流电压关系,半导体内单位体积中能量在EE+dE范围内的电子数为：,有效理查德森常数,9.1肖特基势垒二极管 电流电压关系,反向电流随反偏电压的增加而增加是由于势垒降低的影响。,9.1肖特基势垒二极管 与PN结比较,区别反向饱和电流的数量级,肖特
3、基势垒二极管的反向饱和电流密度：,理想pn结二极管的反向饱和电流密度：,1、电流输运机构不同。,2、反向电流输运机构不同密度不同。pn结二极管的反偏电流主要由产生电流支配，10-7A/cm2，比肖特基二极管小23个数量级。,9.1肖特基势垒二极管 与PN结比较,0.3V 0.7V,9.1肖特基势垒二极管 与PN结比较,区别 开关特性 pn结二极管靠少子扩散运动形成电流，外加正偏电压时少子首先形成一定的积累，再靠扩散运动形成电流。 肖特基二极管的电流取决于多子通过内建电势的发射电流。外加正偏电压时直接形成漂移电流流走。,9.2欧姆接触,欧姆接触是接触电阻很低的结，理想状态下，欧姆接触所形成的电流
4、是电压的线性函数。 两种欧姆接触： 使表面不产生势垒的接触 隧道效应,9.2欧姆接触,使表面不产生势垒的接触,使N型半导体表面更N，不上坡，下坡,9.2欧姆接触,9.2欧姆接触,金属与p型半导体非整流接触的理想情况,使p型半导体表面更p,9.2欧姆接触,前述没有考虑界面态的影响实际由于界面态的影响，很难很好的形成欧姆接触 上半部为受主态，位于EF下时带负电 （图.b） 下半部为施主态，位于EF上时带正电 （图.3b） 因此，实际的欧姆接触采用隧道效应,9.2欧姆接触,隧道效应,埃左右,隧道电流：,隧道电流随掺杂浓度的增大而指数增大。,接触电阻值,整流接触：,欧姆接触(隧道效应)：,Rc随Nd呈
5、指数规律变化。,9.2欧姆接触,9.3异质结,能带图,异质结的分类：,反型异质结；nP结，Np结， 大写字母表示较宽带隙材料。,同型异质结：nN结，pP结,有用的异质结，两种材料的晶格常数必须匹配。,9.3异质结,接触前,接触后， 电子从np； 空穴从pn； N区存在正空间电荷区； P区存在负空间电荷区； 能带发生弯曲；,接触后,9.3异质结,9.3异质结,nN结热平衡时理想能带图（三角势阱）,GaAs,AlGaAs,二维电子气：电子堆积在异质结表面的势阱中，沿垂直于表面方向的运动变得量子化，即它的能量只能取一系列的分立值；而平行于表面的运动仍是自由的，能量可以是任意值。,9.3异质结,三角形势阱,低掺杂 散射小,9.3异质结,IV特性 类似整流接触,Ew为有效势垒高度,小结,金半接触整流接触；势垒高度的计算； 外加电压存在时，肖特基势垒的变化； 肖特基势垒二极管的理想I-V关系； 肖特基二极管与pn结二极管的区别； 电子亲和准则：在一个理想的异质结中，导带处的不连续是由于两种半导体材料电子亲和能的不同引起的。,END,