半导体物理学答案第二章.doc

第5章 金属-半导体接触1、 用不同波长的光照射置于真空中的金、银、铜三种金属和施主浓度皆为11016cm-3的锗、硅、砷化镓三种半导体的清洁表面，欲使其向真空发射电子，求各自的激发光临界波长。计算时需要的相关参数见表5-1和5-2（下同）。解：根据能量与波长关系：可得 金、银、铜三种金属的功函数分别为5.20eV 4.42eV 4.59eV 施主浓度皆为11016cm-3的锗、硅、砷化镓三种半导体的功函数分别为 4.31eV 4.25eV 4.17eV 对于金： 对于银： 对于铜： 对于锗： 对于硅： 对于砷化镓：2、 计算ND = 51016cm-3 的n-Si室温下的功函数。将其分别与铝、钨、铂三种金属的清洁表面相接触，若不考虑表面态的影响，形成的是阻挡层还是反阻挡层？分别画出能带图说明之。 解：设室温下杂质全部电离，则其费米能级由n0=ND=51015cm-3求得： 其功函数即为： 若将其与功函数较小的Al（WAl=4.18eV）接触，则形成反阻挡层，若将其与功函数 较大的Au（WAu=5.2eV）和Mo（WMo=4.21eV）则形成阻挡层。3、 用ND = 31015cm-3的 n-Si与金属Cr形成理想的肖特基势垒接触。求300K下该接触的肖特基势垒高度及接触电势差，以及在5V反偏压下的最大电场强度及势垒比电容。 解：室温下杂志强电离，费米能级为 代入数据计算可得： 因此半导体的功函数 接触电势差公式为： 肖特基势垒的高度： 在5V反偏压下 最大电场强度为 势垒比电容为4、 功函数为4.3eV的金属与电子亲合能为4.0eV的p型硅形成一个金半接触，已知硅的受主浓度NA = 51016cm-3，T=300K。（a）计算肖特基势垒高度；（b）大致绘出零偏、正偏0.25V和反偏3V状态下的能带示意图。 解： (a)肖特基势垒的高度： (b)在零偏压下，室温下杂志强电离，费米能级为 代入数据计算可得：5、 施主浓度为1015cm-3的n型Si与Al接触，已知 Al的功函数为4.18eV，Si的电子亲合能为4.05eV。分别针对下述两种情况画出金-半接触能带示意图并标出半导体表面势的大小：（1）不考虑表面态影响；（2）若表面态密度很大，且表面态为电中性时的功函数为4.78eV。 解：(1) 不考虑表面态影响时 肖特基势垒的高度： 查表可知Si的功函数为Ws=4.31eV 因此势垒高度 (2)表面态使半导体的功函数变为： 代入数据可得6、 某金属与均匀掺杂的n-Si形成肖待基势垒接触，已知半导体一边的势垒高度qVD=0.6eV，ND51015cm-3，试求在5V反偏电压下的阻挡层厚度、最大电场强度以及单位面积的势垒电容，并画出该接触的1/C2对（VD-U）的关系曲线。解：根据阻挡层厚度公式可得带入数据计算：根据最大电场强度公式可得带入数据计算：根据最大电场强度公式可得带入数据计算：U（V）截距根据公式可得：7、 右图为同一种金属与不同半导体构成的两个肖特基势垒接触在300K下的CV实验曲线，试根据曲线分别求出半导体的掺杂浓度以及相应的肖特基势垒高度。解： 查表可得，对于Si电子亲和能是4.05eV，对于GaAs电子亲和能是4.07eV。 根据曲线在X轴上的截距可以得出接触电势差VD的值。 对于Si：VD=0.7V, 对于GaAs：VD=0.4V。 在两条曲线上分别取U=0V那一点带入公式就可以求出掺杂 浓度。计算可得：对于Si：ND=4.41015cm-3, 对于GaAs：ND=2.41015cm-3。 在由这个公式可以求出En。 计算可得：对于Si：En=0.202eV 对于GaAs：En=0.137eV。 在由这个公式可以求出半导体的功函数。 计算可得：对于Si：Ws=4.252eV 对于GaAs：Ws=4.207eV。 在由这个公式可以求出金属的功函数。 计算可得：对于Si：WM=4.952eV 对于GaAs：WM=4.607eV。 最后带入公式就可以求出肖特基势垒的高度。计算可得：对于Si：=0.902eV 对于GaAs：=0.537eV。8、 对金属与n型半导体的接触，若预先在半导体表面加入一重掺杂层，然后再淀积金属层，即形成M-n+-n结构，便可形成欧姆接触，试画出该结构的能带示意图并解释之。 解：9、 具有相同横截面积和0.5mA正向电流的pn结二极管和肖特基势垒二极管，肖特基二极管的反向饱和电流为510-7A，二者的正向压降差值为0.30V。计算pn结的反向饱和电流。 解：肖特基二极管的反向饱和电流为 其电流电压关系式为: pn结二极管的反向饱和电流为: 其电流电压关系式为: 因为是正向偏压所以： 有由已知条件可知：U1-U2=0.3eV 代入上式求解可得Is=4.8710-12A10、 金与掺杂浓度为ND = 51016cm-3的n型GaAs形成一个理想肖特基势垒接触，若要在300K下得到 5A/cm2的电子电流密度，需要加多大的正向电压？要想将电流密度提高一倍，正向电压应加多大？ 解：肖特基二极管的电流电压关系式为: 其中反向饱和电流为: 11、 一个肖特基二极管和一个pn结二极管的接触面积均为510-4cm2。肖特基二极管的反向饱和电流密度为310-8 A/cm2，pn结二极管的反向饱和电流密度为310-12 A/cm2。当这两个二极管在300K下都产生1mA正向电流时，各自的正向压降是多少？解：肖特基二极管电流电压关系式为: 其中,A=510-4cm2 300K时，因为是正偏压所以 计算可得U1=0.47Vpn结二极管电流电压关系式为:，其中,A=510-4cm2300K时，因为是正偏压所以计算可得U1=0.71V12、 pn结二极管和肖特基二极管在300K下的反向饱和电流密度分别为510-12 A/cm2和710-8 A/cm2。pn结二极管的接触面积为810-4cm2。当肖特基势垒二极管的正向电流为1.2mA时