第七章-金属和半导体的接触

1、.第第 七七 章章 金金 属属 和和 半半 导导 体体 的的 接接 触触Metal-Semiconductor Contact. 1、金属与半导体形成的肖持基接触和金属与半导体形成的肖持基接触和欧姆接触欧姆接触，阻挡层与反阻挡层的形成；，阻挡层与反阻挡层的形成； 2、肖特基接触的电流肖特基接触的电流电压特性电压特性扩散理论和热电子发射理论扩散理论和热电子发射理论，即肖特基，即肖特基势垒的定量特性；（势垒的定量特性；（详细阐述详细阐述） 3、欧姆接触的特性。、欧姆接触的特性。主要内容（主要内容（三大点，约三大点，约10课时课时）：）：.2、MESFET( metal-semiconductor

2、field-effect transistor) 具有与具有与MOSFET相似的相似的电流电压电流电压特性特性，但在器件的栅，但在器件的栅(gate)上电极部分利用金属上电极部分利用金属半导体的整流接触取代了半导体的整流接触取代了MOSFET的的MOS结结构；用欧姆接触取代构；用欧姆接触取代MOSFET的的p-n结。结。一、概述：一、概述：1 1、在微电子和光电子器件中，半导体材料和、在微电子和光电子器件中，半导体材料和金金属属、半导体以及、半导体以及绝缘体绝缘体的各种接触是普遍存在的各种接触是普遍存在的，如的，如MOS器件、肖特基二极管、气体传感器器件、肖特基二极管、气体传感器等。薄膜技术及

3、纳米技术的发展，使得等。薄膜技术及纳米技术的发展，使得界面接界面接触触显得更加重要。显得更加重要。.3 3、第一个实际的半导体器件就是点接触整流性、第一个实际的半导体器件就是点接触整流性的金半接触，就是将细须状金属压在半导体表面的金半接触，就是将细须状金属压在半导体表面。从。从19041904年起，该器件有许多不同的应用。年起，该器件有许多不同的应用。1938年，年，Schottky提出其整流作用，可能由半导提出其整流作用，可能由半导体中稳定的体中稳定的空间电荷区空间电荷区所产生的电势能差引起的，所产生的电势能差引起的，由此所建立的模型称肖特基势垒（由此所建立的模型称肖特基势垒（Schottk

4、y barrier).4、两个要点两个要点：功函数和禁带宽度的不同金属功函数和禁带宽度的不同金属/半导体接触半导体接触能带能带图图的变化；的变化；肖特基接触的整流特性即电流电压肖特基接触的整流特性即电流电压I-V特性。特性。.二、金属和半导体的功函数二、金属和半导体的功函数Wm 、Ws1 1、金属的功函数、金属的功函数Wm表示一个起始能量等于费米能级的电子，由表示一个起始能量等于费米能级的电子，由金属内部逸出到表面外的真空中所需要的金属内部逸出到表面外的真空中所需要的最最小能量小能量。E0(EF)mWm0()mFmWEE即：E0为真空中静止电子的为真空中静止电子的能量，又称为真空能级。能量，又

5、称为真空能级。 金属铯金属铯Cs的功函数最低的功函数最低1.93eV，PtPt最高为最高为5.36eV.2 2、半导体的功函数、半导体的功函数WsE0与费米能级之差称为半导体与费米能级之差称为半导体的功函数。的功函数。0()sFsWEE即：用用表示从表示从Ec到到E0的能量间隔：的能量间隔：0cEE称称为电子的为电子的亲和能亲和能，它表示要使半导体，它表示要使半导体导带导带底底的电子逸出体外所需要的的电子逸出体外所需要的最小最小能量。能量。Ec(EF)sEvE0WsEn. N型半导体：型半导体：scFnsWEEE式中：式中：()ncFsEEE P型半导体：型半导体：()pFsvEEE()soF

6、sgpWEEEE式中：式中：Note: 和金属不同的是，半导体的费米能级随杂和金属不同的是，半导体的费米能级随杂质浓度变化，所以，质浓度变化，所以，Ws也和也和杂质浓度杂质浓度有关有关。Ec(EF)sEvE0WsEn.半导体半导体金属金属半导体半导体金属金属What?能带结构发生变化能带结构发生变化新的物理效应新的物理效应和应用和应用3 3、金属、金属/ /半导体接触半导体接触.三、金属与半导体的接触及接触电势差三、金属与半导体的接触及接触电势差1. 阻挡层接触阻挡层接触金金属属n半导半导体体mWFmEsWnEvEcEFsE0E设想有一块金属和一块设想有一块金属和一块n型型半导体，并假定半导体

7、，并假定金属的功函数大于半导体的功函数，即：金属的功函数大于半导体的功函数，即：（1）msWW即半导体的费米能即半导体的费米能EFs高于金属的费米能高于金属的费米能EFm金属的传导电子的浓度金属的传导电子的浓度很高很高，10221023cm-3半导体载流子的浓度比半导体载流子的浓度比较低较低，10101019cm-3.金属半导体接触前后金属半导体接触前后能带图能带图的变化：的变化：接触后接触后，金属和半导体的费，金属和半导体的费米能级应该在同一水平，半米能级应该在同一水平，半导体的导带电子导体的导带电子必然必然要流向要流向金属，而达到统一的费米能金属，而达到统一的费米能接触前接触前，半导体的费

8、米能，半导体的费米能级高于金属（相对于真空级高于金属（相对于真空能级），所以半导体导带能级），所以半导体导带的电子有向金属流动的的电子有向金属流动的可可能能WmEFmWsE0EcEFsEv接触前接触前接触后接触后qVDEFEFEvEcmqxdE0.在接触在接触开始开始时，金属和半导体的间距大于原子的时，金属和半导体的间距大于原子的间距，在两类材料的表面形成电势差间距，在两类材料的表面形成电势差Vms。smmsmsWWVVVq接触电势差：接触电势差：紧密接触紧密接触后，电荷的流动使得在半导体表面相当后，电荷的流动使得在半导体表面相当厚的一层形成正的厚的一层形成正的空间电荷区空间电荷区。空间电荷区

9、形成。空间电荷区形成电场，其电场在界面处造成电场，其电场在界面处造成能带弯曲能带弯曲，使得半导，使得半导体表面和内部存在体表面和内部存在电势差电势差，即，即表面势表面势Vs。接触电。接触电势差分降在势差分降在空间电荷区空间电荷区和金属与半导体和金属与半导体表面之间表面之间。但当忽略接触间隙时，电势主要降在。但当忽略接触间隙时，电势主要降在空间电荷空间电荷区区。.现在考虑忽略间隙中的电势差时的现在考虑忽略间隙中的电势差时的极限极限情形情形:半导体一边的势垒高度为：半导体一边的势垒高度为：DsmsqVqVWW 金属一边的势垒高度为：金属一边的势垒高度为：mnDnsnmsnmqqVEqVEWWEW

10、半导体体内电场为零，在空半导体体内电场为零，在空间电荷区电场方向间电荷区电场方向由内向外由内向外，半导体表面势半导体表面势Vs0mqEFEvqVDEcE电场电场.在势垒区，空间电荷主要由电离施主形成，电子浓在势垒区，空间电荷主要由电离施主形成，电子浓度比体内小得多，是一个高阻区域，称为度比体内小得多，是一个高阻区域，称为阻挡层阻挡层。界面处的势垒通常称为界面处的势垒通常称为肖特基势垒。肖特基势垒。mqEFEvqVDEcE电场电场所以：所以：金属与金属与N型型半导体接触时半导体接触时，若，若WmWs，即半导体，即半导体的费米能级高于金属，电的费米能级高于金属，电子向金属流动，稳定时系子向金属流动

11、，稳定时系统费米能级统一，在半导统费米能级统一，在半导体表面一层形成体表面一层形成正的空间正的空间电荷区电荷区，能带向上弯曲，能带向上弯曲，形成电子的表面势垒。形成电子的表面势垒。.金属与金属与P型型半导体接触时，若半导体接触时，若WmWs，即金属，即金属的费米能级比半导体的费米能级高，半导体的的费米能级比半导体的费米能级高，半导体的多子空穴多子空穴流向金属，使得金属表面带正电，半流向金属，使得金属表面带正电，半导体表面带导体表面带负电负电，半导体表面能带向下弯曲，半导体表面能带向下弯曲，形成空穴的形成空穴的表面势垒表面势垒。（2）金属）金属p型型半导体接触的阻挡层半导体接触的阻挡层在半导体的

12、势垒区，在半导体的势垒区，空间电荷空间电荷主要由负的电离受主要由负的电离受主形成，其多子空穴浓度比体内小得多，也是一主形成，其多子空穴浓度比体内小得多，也是一个高阻区域，形成空穴个高阻区域，形成空穴阻挡层阻挡层。.金属和金属和p型型半导体半导体WmWs金属与金属与P型型半导体半导体, , WmWs阻挡层阻挡层.2. 2. 反阻挡层接触反阻挡层接触金属与金属与N型半导体接触时，若型半导体接触时，若Wm0，能带向，能带向下弯曲。这里电子浓度比体内大得多，因而是一下弯曲。这里电子浓度比体内大得多，因而是一个高电导的区域，称之为反阻挡层，即电子反阻个高电导的区域，称之为反阻挡层，即电子反阻挡层。挡层。

13、（1 1）金属与）金属与N型型半导体接触半导体接触.WmEFmWsE0EcEFsEvEEcEFsEvmsDWWqVDx金属金属 /n型型半导体接触前后电子反阻挡层形成半导体接触前后电子反阻挡层形成能带图能带图的变化：的变化：在半导体表面，能带向下弯曲，相当有个电子的在半导体表面，能带向下弯曲，相当有个电子的势阱势阱, 多子电子的浓度比体内大得多，是一个高通多子电子的浓度比体内大得多，是一个高通区，即电子的区，即电子的反阻挡层高导通区反阻挡层高导通区。（。（很薄很薄！）！）.（2 2）金属与）金属与P型型半导体接触半导体接触金属与金属与P P型半导体接触时，若型半导体接触时，若WmWs，空穴将从

14、金属流，空穴将从金属流向半导体表面，在半导体表面形成正的空间电荷区，电向半导体表面，在半导体表面形成正的空间电荷区，电场方向由体内指向表面，场方向由体内指向表面，VsWs，空间电荷，空间电荷主要由电离施主形成，电子浓度比体内小得多，主要由电离施主形成，电子浓度比体内小得多，是一个高阻区域，称为是一个高阻区域，称为电子阻挡层电子阻挡层。0JJJsmms净电流在没有加电压的情况下，金半接触的系统处于平在没有加电压的情况下，金半接触的系统处于平衡态的阻挡层是衡态的阻挡层是没有没有净电流：净电流：从金属流向半导体的电流和半导体流向金属的电从金属流向半导体的电流和半导体流向金属的电流相抵消。流相抵消。所

15、以，所以，在没有外加电压时，半导体进入金属的电在没有外加电压时，半导体进入金属的电子流和从金属进入半导体的电子流相等，方向相子流和从金属进入半导体的电子流相等，方向相反，构成反，构成动态平衡动态平衡。.在紧密接触的金半之间在紧密接触的金半之间加上电压加上电压时，电流的行为时，电流的行为会发生不同的响应。势垒高度为：会发生不同的响应。势垒高度为：由于阻挡层是个高电阻区域，外加电压主要降落由于阻挡层是个高电阻区域，外加电压主要降落在阻挡层上。同时，外加电压后，半导体和金属在阻挡层上。同时，外加电压后，半导体和金属不再处于相互平衡的状态，两者没有统一的费米不再处于相互平衡的状态，两者没有统一的费米能

16、级，两者的费米能级差就等于外加电压所引入能级，两者的费米能级差就等于外加电压所引入的的静电势能差静电势能差。0()sqVV其中：其中： 是半导体的表面势，即半导体表面和是半导体的表面势，即半导体表面和内部的电势差，内部的电势差，V是所加的外场电压。是所加的外场电压。0()sV.加上加上正向正向电压在电压在n型阻挡层型阻挡层(金属一边为正金属一边为正)时：时：nqnsqqVD/=qVD-VqVqVE EF Fxd对于对于n n型型阻挡层，即金属阻挡层，即金属和和n n型半导体在型半导体在WmWs时，表面势为时，表面势为负负的值，的值，当在金属上加正向电压当在金属上加正向电压即即V大于大于0 0，

17、使得电子的，使得电子的势垒高度减低，多子电势垒高度减低，多子电子从子从半导体半导体流向流向金属金属的的数目变多。数目变多。smJmsJ电流为：电流为：.进一步增加正向电压：进一步增加正向电压： VqVD1=qVD-VqVnsqxdnqEFmssmJJ正向电流变大势垒高度进势垒高度进一步减低，一步减低，势垒宽度减势垒宽度减薄，薄，多子导多子导电电变强。变强。.对于对于n型阻挡层型阻挡层，即金属和，即金属和n n型半导体在型半导体在Wm Ws时，表面势为时，表面势为负负的值，当在金的值，当在金属上加正向电压即属上加正向电压即V V大于大于0 0，使得电子的势，使得电子的势垒高度减低，多子电子从半导

18、体流向金属垒高度减低，多子电子从半导体流向金属的数目变多，并随电压增加而变得越大，的数目变多，并随电压增加而变得越大，即即从金属流向半导体的从金属流向半导体的正向电流正向电流变大。变大。结论：结论：.加上加上反向电压反向电压（金属一边为（金属一边为负负）时：）时：qVD1=qVD-Vq（-V）xdEFnsqE0EcEv当加反向电压即当加反向电压即V 0时，时，半导体一边的电子的势垒半导体一边的电子的势垒高度增高了，所以半导体高度增高了，所以半导体到金属的电子数目减少，到金属的电子数目减少，相反金属到半导体的电子相反金属到半导体的电子流占优势，形成由半导体流占优势，形成由半导体到金属的到金属的反

19、向电流反向电流。在此过程中，金属边的势在此过程中，金属边的势垒垒 不随外加电压变化不随外加电压变化（阻挡层在半导体内阻挡层在半导体内）nsq.msJsmJ电流为：电流为：如进一步增加反向电压：如进一步增加反向电压：EFnsqqVD1=qVD-Vq（-V）xdV势垒高度进势垒高度进一步增高，一步增高，多子电子导多子电子导电变弱。电变弱。smmsJJ反向电流变大.正向电流都是正向电流都是多子空穴多子空穴从半导体流向金属从半导体流向金属但和正向电流行为不一样的是：但和正向电流行为不一样的是：金属一边的电子所要越过的势垒，金属一边的电子所要越过的势垒，不随外加电压不随外加电压而变化而变化。所以，金属到

20、半导体的电子流是恒定的。所以，金属到半导体的电子流是恒定的。当反向电压提高时，半导体到金属的电子流可以当反向电压提高时，半导体到金属的电子流可以忽略不计，忽略不计，反向电流达到饱和值反向电流达到饱和值。对对p型阻挡层：能带向下弯，表面势型阻挡层：能带向下弯，表面势(Vs)0大于零大于零V0时，能带下弯得更厉害，时，能带下弯得更厉害，多子空穴多子空穴从半导体从半导体流向金属，形成正向电流；流向金属，形成正向电流； 金属加正电压金属加正电压V0时，能带下弯曲变得小了，形成金属到半导体的时，能带下弯曲变得小了，形成金属到半导体的反向电流。反向电流。正向和反向的电流特点就是阻挡层的正向和反向的电流特点

21、就是阻挡层的整流作用整流作用. 势垒区势垒区中存在电场，有电势的变化，导致载流子中存在电场，有电势的变化，导致载流子浓度的不均匀。计算通过势垒的电流时，因为采浓度的不均匀。计算通过势垒的电流时，因为采用厚阻挡层的扩散理论，故必须同时考虑用厚阻挡层的扩散理论，故必须同时考虑漂移漂移和和扩散扩散运动。所以，势垒区的运动。所以，势垒区的电势分布电势分布情况是求解情况是求解V-I关系的关系的关键关键。2 2、整流理论整流理论定量定量V-IV-I特性的表达式特性的表达式对于对于n n型阻挡层型阻挡层，当势垒宽度比电子的平均自由程，当势垒宽度比电子的平均自由程大得多，即大得多，即Xd ln时，电子通过势垒

22、区将发生多时，电子通过势垒区将发生多次碰撞次碰撞厚阻挡层厚阻挡层。扩散理论适用于厚阻挡层。扩散理论适用于厚阻挡层。.简化模型简化模型：势垒高度：势垒高度qVDk0T时，时，势垒区势垒区内内的载流子浓度的载流子浓度0 耗尽区耗尽区EFnsq0XdXV0sDqVqVnnEq metalsemiconductorSpace charge regionN型半导体的耗尽层型半导体的耗尽层杂质全部电离，空间杂质全部电离，空间电荷完全由电离杂质电荷完全由电离杂质的电荷形成。的电荷形成。Xd是耗尽层的宽度，是耗尽层的宽度，ND是施主掺杂浓度是施主掺杂浓度, 均匀掺杂使得耗尽均匀掺杂使得耗尽层的电荷也是均匀层的

23、电荷也是均匀的。的。. 1xx0 xx0qNddD 求求电势电势在半导体中的分布：在半导体中的分布： 2022rdxVd代入泊松方程 30qN0D22rdxVd即. 4030nsxxdVdxdVxEd利用边界条件 dxdVE式及由41 0205162DdrDdnsrqNdVE xxxdxqNVxxx 积分得到半导体内部半导体内部电场为零电场为零以金属费米以金属费米能级除能级除-q为为势能零点势能零点.当加上当加上外加电压外加电压V在金属上在金属上: :0VEFnsqnqDqV ()()7dnV xV 8nsnDVdnsDV xVV2012DDdrqNVVx 由（由（6）式可得：）式可得：dxx

24、在时 0205162DdrDdnsrqNdVE xxxdxqNVxxx 积分得到. D00qN2VVxsrd所以 9qN2D0VVDr化随外加电压的变化而变由此可见dx0sDVV又当表面势外加电压当表面势外加电压V V和表面势同号都为负值时，和表面势同号都为负值时，势垒高度提高、宽度变大。这种依赖于外加电势垒高度提高、宽度变大。这种依赖于外加电压的势垒称压的势垒称Schottky势垒势垒。 9qN2D0VVDrxd. dxdVE式及由41 621qN5qN220D0DnsdrdrxxxxVxxdxdVxE积分得到 dxxdnDxExnqJnn因此 求通过势垒的求通过势垒的电流密度：电流密度：漂

25、移电流漂移电流扩散电流扩散电流.爱因斯坦爱因斯坦关系关系0nnqDk T代入上式可得：代入上式可得： 100dxxdndxxdVTkxqnqDnJ已到半导体体内已到半导体体内在半导体表面在半导体表面 1312en0n0VeNnxnx2qNxVeTkVq0nsTkqc0dns2d0rDdTkXqV00s0n0和，并利用边界条件在等式两边同乘因子.000( )( )( )( )exp ( )expexpnqV xdqV xqV xdn xJqD n xk Tdxk Tk Tdx得到如下式：得到如下式：0( )( )expndqV xqDn xdxk T在稳定的情况下，在稳定的情况下，J是个和是个和

26、x无关的常数无关的常数0000( )( )exp( )expxdxdnqV xqV xJdxqDn xk Tk T利用上页的边界条件可得：利用上页的边界条件可得：.000000() ( )expexpexp() 1(11)dxnssnqVqV xqVJdxqD nk Tk Tk T式用耗尽层近似求积分用耗尽层近似求积分J201( )()2DdnsrqNV xxxx 注意：注意：在势垒高度大于在势垒高度大于kT时，被积函数时，被积函数随随x增大而急剧增大而急剧减小减小！积分主要决定于积分主要决定于x=0附近的电势值，附近的电势值，去掉去掉x2 项项 nsd0rDxxqNxV0 x 附近取在代入上

27、述积分中可得：代入上述积分中可得：.002000( )expexp()(12)dxrnsDdk TqqV xdxk Tq N xk T 00()sq VVk T并由于，所以可近似得到：把上式和把上式和xd的表达式代入（式的表达式代入（式11），可得到），可得到电流密度为：电流密度为： 1310TkqVeJJSD得到142qN00DTkDqVeVVJDrSD其中.其中，其中，00nqn02DDrJEqNVV 具有电场强度的量纲 电流密度变化的电流密度变化的讨论：讨论： 1310TkqVeJJSD得到其大小主要决定于其大小主要决定于指数因子指数因子. 时01VTkqV0如果TkqVeJJSD0Tk

28、qV0如果 时02VSDJJ金半接触伏安特性金半接触伏安特性氧化亚铜氧化亚铜，迁移率较小，即平均自由程较短，扩散理，迁移率较小，即平均自由程较短，扩散理论是适用的。论是适用的。但但JSD随电压而缓慢变化，但并不趋于定值，即没有饱和随电压而缓慢变化，但并不趋于定值，即没有饱和电流密度电流密度指数增加指数增加.（2 2）热电子发射理论）热电子发射理论起决定作用的是势垒的高度，而不是形状。当电起决定作用的是势垒的高度，而不是形状。当电子动能子动能势垒顶部时，电子可以自由越过势垒进入势垒顶部时，电子可以自由越过势垒进入另一边另一边 。电流的计算即。电流的计算即求越过势垒的载流子数目。求越过势垒的载流子

29、数目。 以以非简并半导体的非简并半导体的n n型阻挡层为例，型阻挡层为例，qVqVD Dk k0 0T T，通过势垒交换的电子很少，体内的电子，通过势垒交换的电子很少，体内的电子浓度视为浓度视为常数常数，与电流无关。，与电流无关。当当n n型阻挡层型阻挡层很薄很薄时，即电子的平均自由程大于时，即电子的平均自由程大于势垒宽度。扩散理论不再适合了。势垒宽度。扩散理论不再适合了。电子通过势电子通过势垒区的碰撞可以忽略。垒区的碰撞可以忽略。.规定电流的规定电流的正方向正方向是从金属到半导体是从金属到半导体 sFqExms1dnqvJx方向输运假设电子沿电子流密度方向和电流方向相反电子流密度方向和电流方

30、向相反 Jsm时（正向电流）时（正向电流）EFnsqsqDqVVx能量范围内的电子数在dEEE dEEfEgdn电子的电子的状态密度状态密度和和分布函数分布函数. 2240021323*dEeEEehmTkEEcTkEEncFc考虑非简并半导体的情况考虑非简并半导体的情况,分布函数为分布函数为Boltzmann分布：分布：dEeEEhmTkEEcnF021323*24dn所以：所以： 3212*vmEEnc利用 4*vdvmdEn.TkEEcFceNn00又TkEEnFcehTkm03230*22dveTkmndnTkvmnn02*2230*02则 520222*2230*0zyxTkvvvm

31、ndvdvdveTkmnzyxn.单位截面秒 11xvdndN 620222*2230*0zyxxTkvvvmndvdvdvveTkmnzyxnxV的正方向选取垂直于界面，由半导体指向金属所以，在单位时间内，通过单位截面积，在VxVx+dVx范围的电子可以到达金半界面。VVqvm21D2x*n到达界面的电子的动能. 7002*TkqVTkqeeTAns*2minnDxmVVqv即电子的最小速度00222*20*02xzyxnvxTkvvvmxyyndvevdvdvTkmqnsFqExmsdnqvJ于是电子流密度电子流密度2034nqm kAh其中，有效理查逊常数. 800smmsJJV时 90

32、2*TkqnseTA0VJJmssm从而 Jms时（反向电流）时（反向电流）nsmsmsJJ电子从金属到半导体所面临的势垒高度是不随外加电压而变化的，所以从金属到半导体的电子流所形成的电流密度是个常量。它与热平衡条件下，V0时的大小相等，方向相反。.smmsJJJ 1102*TkqSTnseTAJ其中1010TkqVSTeJnsns是是金属一边的电子势垒金属一边的电子势垒 总的电流密度总的电流密度J. 讨论：讨论：扩散理论：扩散理论：0exp() 1,SDSDqVJJJVk T热电子发射理论：热电子发射理论：0exp() 1,STSTqVJJJk T和外加电压无关Ge、Si、GaAs都有较高的

33、载流子迁移率，即较都有较高的载流子迁移率，即较大的平均自由程，在室温时，其肖特基势垒中的大的平均自由程，在室温时，其肖特基势垒中的电流输运机构，主要是多数载流子的电流输运机构，主要是多数载流子的热电子发射热电子发射.定义：定义：金金/半接触的半接触的非整流接触，非整流接触，即不产生明显的附即不产生明显的附加电阻，不会使半导体体内的平衡载流子浓度发生明加电阻，不会使半导体体内的平衡载流子浓度发生明显的改变。显的改变。应用：应用：半导体器件中利用电极进行电流的输入和输出半导体器件中利用电极进行电流的输入和输出就要求金属和半导体接触形成良好的欧姆接触。在超就要求金属和半导体接触形成良好的欧姆接触。在

34、超高频和大功率的器件中，欧姆接触时设计和制造的关高频和大功率的器件中，欧姆接触时设计和制造的关键。键。实现：实现：不考虑表面态的影响，金半接触形成不考虑表面态的影响，金半接触形成反阻挡层反阻挡层，就可以实现欧姆接触。实际中，由于有很高的表面态，就可以实现欧姆接触。实际中，由于有很高的表面态，主要用主要用隧道效应实现隧道效应实现半导体制造的欧姆接触。半导体制造的欧姆接触。7.37.3欧姆接触欧姆接触.半导体半导体重掺杂重掺杂导致明显的导致明显的隧穿电流隧穿电流，而实现，而实现欧姆接触：欧姆接触：半导体掺杂浓度很高时，金半接触的势垒区的宽度变半导体掺杂浓度很高时，金半接触的势垒区的宽度变得得很薄很

35、薄，电子会通过隧道效应穿过势垒产生相当大的，电子会通过隧道效应穿过势垒产生相当大的隧穿电流，甚至会超过隧穿电流，甚至会超过热电子发射热电子发射电流成为电流的主电流成为电流的主要部分。当隧穿电流占主要成份时，接触电阻会很小，要部分。当隧穿电流占主要成份时，接触电阻会很小，可以用作欧姆接触。可以用作欧姆接触。常用的方法常用的方法：在：在n型或型或p型半导体上制作一层重掺杂型半导体上制作一层重掺杂区再与金属接触，形成金属区再与金属接触，形成金属n+n 或金属或金属p+p 结构。结构。使得金属的选择很多。电子束和热使得金属的选择很多。电子束和热蒸发蒸发、溅射溅射、电镀电镀。D0qN2DrVXc.1、功

36、函数：功函数的定义是、功函数：功函数的定义是E0与与EF能量之差，能量之差，用用W表示。即表示。即FEEW0半导体的功函数可以写成半导体的功函数可以写成nsFcsEEEW)(本本 章章 小小 结结.2、接触电势差：、接触电势差：金属半导体接触，由于金属半导体接触，由于Wm和和Ws不同，会产生接不同，会产生接触电势差触电势差Vms。同时半导体能带发生弯曲，使其表。同时半导体能带发生弯曲，使其表面和内部存在电势差面和内部存在电势差V，即表面势，即表面势V，因而：，因而：smsmsVVqWW紧密接触时：紧密接触时： smsVqWW.典型金属半导体接触有两类：一类是整流接触，典型金属半导体接触有两类：

37、一类是整流接触，形成阻挡层，即形成阻挡层，即肖特基接触肖特基接触；一类是非整流接；一类是非整流接触，形成反阻挡层，即触，形成反阻挡层，即欧姆接触欧姆接触。 形成形成n型和型和p型阻挡层的条件型阻挡层的条件 .3、金属半导体接触、金属半导体接触整流特性整流特性： 在金属半导体接触中，金属一侧势垒高度不随外在金属半导体接触中，金属一侧势垒高度不随外加电压而变，半导体一侧势垒高度与外加电压相加电压而变，半导体一侧势垒高度与外加电压相关。因此，当外加电压使半导体一侧势垒高度降关。因此，当外加电压使半导体一侧势垒高度降低时，形成从半导体流向金属的净离子流密度，低时，形成从半导体流向金属的净离子流密度，且随外加电压而变化；且随外加电压而变化；反之，则是从金属到半导体的离子流密度，该电反之，则是从金属到半导体的离子流密度，该电流较小。且与外加电压几乎无关。这就是金属半流较小。且与外加电压几乎无关。这就是金属半导体接触整流特性。导体接触整流特性。 .扩散理论、热电子发射理论计算肖特基接触的扩散理论、热电子发射理论计算肖特基接触的电流电流-电压特性，前者适用于势垒区宽度比电子电压特性，前者适