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1、第7章 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,真空能级E0：真空中静止电子的能量,电子亲和能：真空能级与导带底之差（导带底电子逸出体外的最小能量）,半导体中的功函数和电子亲和能,金属中的功函数,二、接触电势差,7.1 金属半导体接触及其能级图2,金属和n型半导体接触能带图,（Wm Ws）,三、表面态对接触势垒的影响,7.1 金属半导体接触及其能级图3,肖特基势,EF钉扎,EF钉扎效应,能态海洋,四、势垒区的电场、电势分布与势垒宽度（厚度）,金属n型半导体,泊松方程,7.1 金属半导体接触及其能级图4,空间电荷区类似p+n结,五、肖特基接触的势垒电容,7
2、.1 金属半导体接触及其能级图5,练习-课后习题3,第七章 金属和半导体的接触,施主浓度ND=10 17cm-3的 n型硅，室温下功函数是多少？若不考虑表面态的影响，它分别同Al、Au、Mo接触时，是形成阻挡层还是反阻挡层？硅的电子亲和能取4.05eV。设WAl=4.18eV, WAu=5.20eV, WMo=4.21eV, 室温下硅的NC=2.81019cm-3。,解：,设室温下杂质全部电离，则,故,即 故n-Si的功函数为,因 WAl=4.18eVWMoWs 故Au、Mo与n-Si接触均形成阻挡层,作业-课后习题4,第七章 金属和半导体的接触,受主浓度NA=10 17cm-3的 p型锗，室
3、温下功函数是多少？若不考虑表面态的影响，它分别同Al、Au、Pt接触时，是形成阻挡层还是反阻挡层？硅的电子亲和能取4.13eV。设WAl=4.18eV, WAu=5.20eV, WPt=5.43eV, 室温下锗的Eg=0.67eV, NA=61018cm-3。,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。,考虑电流 平衡态阻挡层无净电荷流过势垒区 V0,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 V0,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p
4、n结的整流作用,外加偏压对n型阻挡层的能带图,Vf=0 Vf0 Vr0,一、扩散理论,同时考虑势垒区扩散和漂移电流,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,7.2 金属半导体接触整流理论2,7.2 金属半导体接触整流理论3,7.2 金属半导体接触整流理论4,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,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5,随电压而变化，并不饱和,二、热电子发射理论,7.2 金属半导体接触整流理论6,适用于势垒宽度电子平均自由程 电子
5、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,),即为速度空间单位体积中的电子数,则单位体积中E(E+dE)范围内的电子数为,7.2 金属半导体接触整流理论7,实空间单位体积，速度空间电子的分布,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,半导体到金属的电子流依赖于电压,有效理查逊常数,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,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
6、由程,其电流输运机构是多数载流子的热电发射,7.2 金属半导体接触整流理论10,三、镜像力和隧道效应的影响,镜像力影响,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,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,7.2 金属半导体接触整流理论11,隧道效应影响,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,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，xdxc，电子直接通过相当于势垒降低了,四、肖特基势垒二极管(SBD),利用金-
7、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12,与pn结二极管异同,相同点：都具有单向导电性,SBD主要应用于高速集成电路、微波技术等领域,不同点：,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r=16， 0=8.8510-14F/cm 。室温下硅的NC=41018cm-3, 有效理查逊常数A*=120 (mn*/m0) =1201.11A/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,少子注
8、入比,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）,7.3 少数载流子的注入和欧姆接触2,二、欧姆接触,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；,金-半欧姆接触的实现？ 1、不考虑表面态影响时， n型半导体WmWs，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,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,