金属和半导体接触课件

1、第7章 金属和半导体接触,1,金属和半导体接触,理解肖特基势垒的作用方式及其I-V特性。 比较肖特基二极管与pn结二极管的电子输运特点及I-V特性 理解欧姆接触的能带特点与实现方式,学习目标,2,金属和半导体接触,7.2 金属半导体接触整流理论,在半导体上施加外压，由于耗尽区阻抗比金属和半导体内部阻抗大得多，所以外压几乎全落在耗尽区上。 外加偏压影响半导体的表面势及空间电荷区厚度，但不影响势垒高度,3,金属和半导体接触,肖特基二极管理论,4,金属和半导体接触,7.6,热电子发射理论(1/2,5,金属和半导体接触,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,热电子发射理论(2/2,6,金

2、属和半导体接触,区别电流输运机构不同 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,肖特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,肖特基势垒二极管与pn结比较,区别2反向饱和电流的数量级 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,7,金属和半导体接触,扩散理论(1/2,8,金属和半导体接触,扩散理论(2/2,9,金属和半导体接触,肖特基二极管与pn结I-V特性比较,相同点 单向导电

3、性 不同点 正向导通时，pn结正向电流由少数载流子的扩散运动形成，而肖特基势垒二极管的正向电流由半导体的多数载流子发生漂移运动直接进入金属形成，因此后者比前者具有更好的高频特性 肖特基势垒二极管的势垒区只存在于半导体一侧 肖特基势垒二极管具有较低的导通电压，一般为0.3V，pn结一般为0.7V 肖特基二极管的反向饱和电流与肖特基势垒参数与温度有关；而pn结的反向饱和电流与少子浓度及少子寿命有关。肖特基势垒的反向饱和电流比pn结更大,10,金属和半导体接触,肖特基二极管与pn结二极管I-V特性,11,金属和半导体接触,7.3 少子注入和欧姆接触,12,金属和半导体接触,少子注入比,13,金属和半

4、导体接触,欧姆接触,欧姆接触 如果多数载流子通过M/S接触时，能够不受肖特基势垒的阻挡，从一种材料输运到另一种材料，则该接触称为欧姆接触，其正反偏置的电流输运特征没有差别 不产生明显的附加阻抗，而且不会使半导体内部的平衡载流子浓度发生显著的改变，为非整流接触 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是电压的线性函数,14,金属和半导体接触,形成欧姆接触的方法 半导体掺杂浓度很高使得隧穿几率很大， 利用隧道效应的原理，把半导体一侧重掺杂形成金属-n+n或金属-p+p结构，从而得到理想的欧姆接触,隧穿型欧姆接触,埃左右,隧道电流随掺杂浓度的增大而指数增大,欧姆接触的形成,15,

5、金属和半导体接触,隧道效应产生的欧姆接触,16,金属和半导体接触,反阻挡型的欧姆接触,17,金属和半导体接触,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,p型反阻挡,18,金属和半导体接触,形成欧姆接触的非平衡理想能带图 正向偏压：半导体电子向金属发射，半导体内部电子向表面扩散，表面电势高于内部 反向偏压：金属电子向半导体发射，半导体表面电子向内部漂移，表面电势低于内部 无表面势垒,反阻挡型欧姆接触偏置能带图,19,金属和半导体接触,前述没有考虑表面态的影响实际由于界面态的影响，很难很好的形成反阻挡型欧姆接触 因表面态密度较高，能够提供足够多的电子，流向金属的电子主要来自表面态

6、，半导体势垒区几乎不变化 因此，实际的欧姆接触采用隧道效应,实际的欧姆接触,20,金属和半导体接触,接触电阻值,欧姆接触(隧道效应,Rc随Nd呈指数规律变化,整流接触,欧姆接触,21,金属和半导体接触,小结,平衡肖特基势垒,界面两边的金属和半导体相互发射的电子电流大小相等，方向相反。构成动态平衡，净电流为零,正向偏压(金属接正,半导体侧的表面势垒高度qVD降低，金属侧的肖特基势垒高度m基本不变。半导体流向金属的电子更多，形成正向电流,22,金属和半导体接触,反向偏压(金属接负,半导体侧的表面势垒高度qVD增高，金属侧的肖特基势垒高度m基本不变。金属流向半导体的电子更多，形成反向电流,m很高，且不随外压变化，反向电流很小，并趋于饱和,23,金属和半导体接触,热电子发射理论(贝特建立)： 势垒区宽度比载流子平均自由程小的多，载流子无碰撞渡越势垒 Js与肖特基势垒高度相关,扩散理论(肖特基建立)： 势垒区宽度比载流子平均自由程大，载流子扩散越过表面势垒，在界面处向金属发射 Js与表面势垒高度相关,24,金属和半导体接触,复习思考题,画出pn结在零偏、正偏和反偏时的能带图。 2. 什么是耗尽区势垒电容、扩散电容？ 3. 什么是耗尽区产生-复合电流？ 4. 什么是隧道效应、雪崩效应？ 5. 为什么理想pn结电流是少子扩散电流,25,金属和半导体接触,画出肖特基