金属和半导体的接触

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7.2金属半导体接触整流理论7.3少数载流子的注入和欧姆接触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）半导体中的功函数和电子亲和能金属中的功函数功函数：真空能级与费米能级之差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：5.36eV3、半导体功函数与杂质浓度有关二、接触电势差整流欧姆欧姆整流

阻挡层：高阻，整流反阻挡层：低阻，欧姆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表面势：半导体表面和体内的电势差接触电势差（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1、势垒高度与金属功函数基本无关——半导体表面态密度高，屏蔽金属接触的影响，使势垒高度基本只由半导体表面决定2、即使Wm<Ws，阻挡层依然存在表面态对接触势垒的影响表面态能级

电子填充水平=Eg/3中性电子填充水平<Eg/3正电施主型电子填充水平>Eg/3负电受主型表面态密度大—“能态海洋”中性态EF钉扎EF钉扎效应En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7.1金属半导体接触及其能级图5势垒厚度依赖于外加电压的势垒称为肖特基势垒练习-课后习题3第七章金属和半导体的接触

施主浓度ND=1017cm-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=2.8×1019cm-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=4.18eV<Ws，故二者接触形成反阻挡层又WAu=5.20eV,WMo=4.21eV，显然WAu>WMo>Ws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=1017cm-3的p型锗，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、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=6×1018cm-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结的整流作用外加偏压对n型阻挡层的能带图Vf=0Vf>0Vr<0一、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27.2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<<17.2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.野2金属答半导阴体接书触整殃流理腰论8－半导萍体到货金属的电传子流犹依赖卫于电随压有效理查逊常数7.匪2金属目半导氏体接出触整雨流理仔论9－金属胶到半粗导体的电进子流肿基本村不依则赖于挨电压总电流密度

Jm→s：常数热平衡条件下1、JST与外飞加电顾压无纠关，挠但强详烈依献赖于誉温度2、Ge、Si、Ga盖As有较构高迁繁移率环，较养大平缓均自公由程,其电形流输黑运机声构是芳多数日载流培子的金热电热发射7.灭2金属含半导限体接辜触整胖流理局论10三、妖镜像头力和获隧道墨效应算的影宏响镜像颗力影单响电子总电势能镜像力镜像势能无镜像力电势镜像怖力所落引起柔势垒弄降低单量随往反向经偏压帮的增冒加而委增加——反向圣漏电乎流不船饱和——金属跑外面迫的电材子在脑金属来表面泡感应腥出正婆电荷拣；电花子所冬受到装感应锐电荷然的作利用，寄相当沫于金耽属体精内与府电子煮等距薄离位情置等形量正陶电荷议的作怒用7.阴2金属腥半导纺体接斥触整何流理要论11隧道容效应穿影响临界够厚度xc隧道两效应才所引宋起势贵垒降究低量焦随反践向偏辅压的川增加独而增抓加——反向藏漏电粒流随常反向蹦偏压旁增加考虑特隧道躺效应友，电腔子穿冻透的溉概率衬与能量和势垒皱厚度(xd)有关有。电子艺能量你一定脊，xd<xc，电行子直幕接通鸣过——相当胖于势超垒降灾低了四、示肖特粪基势蔽垒二投极管(S蹲BD摆)——利用登金-半整稍流接趴触特覆性制稳成的晃二极采管7.甜2金属类半导轰体接截触整饱流理骨论12与pn结二世极管脊异同相同假点：都具巷有单费向导屠电性——追SB短D主要坡应用扰于高帅速集课成电差路、链微波业技术鄙等领请域不同点：作业-课后即习题8第七循章阵金孩属和之半导禽体的促接触施主歇浓度ND=1奔016cm-3的n型Ge材料危，在妄它的下（11惧1）面地上与窃金属悔接触逃制成揪肖特恰基二辱级管度。已窜知VD=0倘.4谦V,求加拌上0.摄3V电压旱时的杜正向转电流贫密度限。设εr=1术6，ε0=8组.8鞠5×哄10-1皆4F/浊cm。室贤温下冒硅的NC=4×1018cm-3,有效协理查近逊常鸽数A*勺=1秃20铸(mn*/威m0)夏=1谜20×1.拌11景A/误cm2.K2。7.涝3少数进载流急子的泄注入自和欧第姆接蹦触1一、器少数驱载流镇子的都注入V>0(正偏)空穴扩散主导V=0(平衡态)空穴扩散与电场抵消少子注入比——金属痛和n型半女导体气的整善流接在触加最上正向涛电压时，蚂空穴世从金损属流邀向半蛙导体吗的现虎象（实际己为半窄导体临价带视电子股流向誓金属）Au/n-Si接触的平面二极管γ<0.1%小注入≈5%大注入7.敲3少数坑载流链子的商注入凡和欧递姆接汤触2二、肥欧姆糖接触——非整陕流接伪触特点1、不莫产生炒明显俱的附鲁加阻内抗；2、不碧会使戚半导斩体内摊部平尝衡载确流子睁浓度竟发生甲显著暗改变绒；金-半欧厨姆接走触的阿实现？1、不株考虑搅表面锣态影谈响时虑，n型半签导体Wm<Ws，反统阻挡精层——欧姆旧接触p型半诵导体Wm>Ws，反钟阻挡角层——欧姆宪接触——选用御适当因金-半材衫料即常可实帝现欧追姆接朽触2、多开数半坐导体伞材料睛，如Si、Ge、Ga拉As表面锯态密删度高——接触仁与金他属功该函关按系不魂大——主