半导体物理第七章总结复习_北邮全新

1、第七章、基本概念1. 半导体功函数：半导体的费米能级 Ef与真空中静止电子的能量吕的能量之 差。金属功函数：金属的费米能级 Ef与真空中静止电子的能量 E的能量之差2. 电子亲和能：要使半导体导带底的电子逸出体外所需的最小能量。3. 金属-半导体功函数差 o: （Ef）s-（E F）m=Wm-WsV Wm W4. 半导体与金属平衡接触平衡电势差：q5. 半导体表面空间电荷区：由于半导体中自由电荷密度的限制，正电荷分布在表面相当厚的一层表面层内，即空间电荷区。表面空间电荷区=阻挡层=势垒层6. 电子阻挡层：金属功函数大于N型半导体功函数（Wm>Ws的MS接触中，电子 从半导体表面逸出到金属

2、，分布在金属表层，金属表面带负电。半导体表面出现 电离施主，分布在一定厚度表面层内，半导体表面带正电。电场从半导体指向金 属。取半导体内电位为参考，从半导体内到表面，能带向上弯曲，即形成表面势垒，在势垒区，空间电荷主要有带正电的施主离子组成，电子浓度比体内小得多， 因此是是一个高阻区域，称为阻挡层。【电子从功函数小的地方流向功函数大的地方】7. 电子反阻挡层：金属功函数小于N型半导体功函数（Wm<Ws的MS接触,电子 从金属流向半导体，半导体表面带负电，金属表面带正电，电场方向指向半导体。 从半导体内到表面，能带下弯曲，半导体表面电子浓度比体内高（N型反阻挡层）。8. 半导体表面势垒（肖

3、特基势垒）高度：qVDqVs Wm Ws9. 表面势垒宽度：10. 半导体表面势：取半导体体内为参考电位，半导体表面的势能 Vs。11 .表面态：在半导体表面处的禁带中存在着表面态，对应的能级称为表面能 级。表面态一般分为施主型和受主型两种。若能级被电子占据时呈中性，施放 电子后呈正电性，成为施主型表面态；若能级空着的时候为电中性，接收电子后 带负电，则成为受主型表面态。一般表面处存在一个距离价带顶为qf的能级，电子刚好填满该能级以下所有表面态时呈电中性。电子填充了该能级以上部分则表面带负电，电子未填充满该能级以下的所有能级则表面带正电。12. 钉扎效应：若表面态密度高，金属半导体接触时，电子

4、充入或放出表面态， 半导体表面形成与体内符号相反的电荷、形成高度为2/3半导体禁带宽度的表面 势垒，费米能级钉住在表面中性能级上。半导体电子逸出到金属的势垒高度基本不变，与半导体掺杂浓度、金属功函数无关，只与表面中性能级位置有关。功函数差产生的接触电势差大部分降落在 金属表面与半导体表面之间，少部分降落在半导体表面势垒区。13. 施主型表面态：电子占据时为电中性、无电子时带正电的表面态为施主型表 面态。14. 受主型表面态：无电子时为电中性，有电子时带负电的表面态为受主型表面 态。15. 表面中性能级：价带顶以上约1/3禁带宽度处的能级是表面中性能级。16. 表面态密度：17. 理想欧姆接触：

5、非整流接触，不产生明显阻抗，不使半导体平衡载流子浓度 发生显著改变，线性对称电流-电压关系。理想欧嘔接俐/7¥18. 接触电阻：19. 高低结：N+N结或P+P结，内建电场从高杂质浓度区指向低杂质浓度区。20. 肖特基势垒二极管：特点：1正向电流由半导体多子注入金属形成，注入 电子在金属中不积累，直接漂移流走，高频特性好；2正向导通电压0.3V左右， 比PN结二极管低；3制作工艺简单；4制作MS结构后，不能有高于金属-半 导体合金温度的工艺；21. MS肖特基模型：当金属和半导体接触时，不考虑接触界面状态的影响，电子 从功函数较小材料逸出到功函数较大材料，接触面附近两种材料表面状态变

6、化，产生阻止半导体多子继续转移的接触电势差， 当功函数差引起的电子转移和接触 电势差阻止转移达到平衡时，金属和半导体的费米能级相等，形成稳定的MS妾触势垒。22. MS巴丁模型：1表面态在禁带中准连续分布；2介带顶以上约1/3禁带宽 度处的能级是表面中性能级。 3平衡过程中， 表面中性能级高于体费米能级时， 表面态放出电子带正电， 表面附近体内带负电， 能带下弯曲； 表面中性能级低于 体费米能级时， 电子充入表面态带负电， 表面附近体内带正电， 能带上弯曲； 4 若表面态密度很高，体费米能级被“钉住”在表面中性能级，表面中性能级始终 等于体费米能级。二、图像1. 金属 -N 型半导体接触形成电

7、子阻挡层情况下的能带图2. 金属 -N 型半导体接触形成电子反阻挡层情况下的能带图3. 正向偏压下，金属 /N 型半导体接触能带图表示4. 金属与半导体欧姆接触的基本结构示意图二、论述题1. 扩散理论模型对肖特基势垒二极管电流-电压关系的解释答：扩散理论在计算肖特基势垒二极管的IV特性时，以“厚势垒层”方式进行, 即根据电流密度的连续性，计算通过势垒区任意点的电流密度，该电流密度包括 扩散和漂移，通过对整个势垒区积分，将外加偏压的作用考虑在电流中（势垒区 厚度时外加偏压的函数），从而得到IV特性。扩散理论：半导体表面与金属自由交换电子，即使在外加电压下，半导体表面电 子浓度始终等于表面平衡电子

8、浓度，电流主要由因子exp（qV/kOT）-1决定。扩散 理论适合阻挡层宽度远大于载流子平均自由程（半导体杂质浓度很低）的情况2. 热电子发射理论模型对肖特基势垒二极管电流 -电压关系的解释答：热电子发射理论在计算肖特基势垒二极管的 IV特性时，以“薄势垒层”方 式进行，通过计算垂直于 MS接触面、能量高于半导体势垒顶点的电子浓度（这 部分浓度与外加偏压有关）得到电流密度与偏压的关系。热电子发射理论：金属电子进入半导体的势垒高度不随外加电压变化，其电子电流密度等于不加电压时从半导体到金属的电子电流密度（方向相反），流过MS接 触 的 热 电 子 发 射 总 电 流 密 度Js mq ns qv

9、A T2e koT (ekoT1)qVJsT（e°1），与外加电压无关，强烈依赖温度。热电子发射理论适合阻挡层宽度远小于载流子平均自由程（半导体杂质浓 度很高）的情况。【MS肖特基势垒二极管两种理论的推导不必掌握其每个步骤，只要求掌握方法】3. 形成金属与半导体欧姆接触的基本原理和手段答：的N型硅室温下旳功函数是多£ -Em=2-8x10Itf7重掺杂的pn结可以产生显著的隧道电流。金属和半导体接触时，如果半导 体掺杂浓度很高，则势垒区宽度变得很薄，电子也要通过隧道效应贯穿势垒产生 相当大的隧道电流，甚至超过热电子发射电流而成为电流的主要成分。 当隧道电 流占主导地位时，它

10、的接触电阻可以很小，可以用作欧姆接触。4. 肖特基势垒二极管的主要特点答：特点：<1>正向电流由半导体多子注入金属形成， 注入电子在金属中 不积累，直接漂移 流走，高频特性好；<2>正向导通电压0.3V左右，比PN结二极管低；<3>制作工艺简单；<4>制作MS结构后，不能有高于金属-半导体合金温度的工艺；公式：半导体功函数计算施主浓度% =曲加 大？忙=上+（毘一耳）眄 =Z- EFb) = 4.05 + 0.15 =按肖特基功函数模型计算 MS接触电势差、势垒高度例2、施主浓JW = itfnn-5龙二4_0至矿的N型硅，室混下的功函数 是簽天？不痔虑表面态影响，它至铝、金、樹接舵时是形成阻拦层或解、E脣JV7 ft x!rtw凰厂场三心Tb才 " JKfiio肥=Z + (£c -Em) = 4 05+0 15 = WJ2(誇F)機肖特基功函数木理,与A1接触的接触电势望，肚匹*勺些理99AJ电位高于N型半导体电位(半导体表面形成N型反阻拾 层与也u接触白嬷触曲洼，肚空耳竺竺W)99Au电位低干N型半号体电血半导体表面形成N整且扌当层与血檢触的圈屯电势Mo电位低于N型半寻本电也 半导体表面换 N型阻把 层3.MS接触中,电子隧道穿透半导体表面势垒的几率X2 E (x) E 12 dxxi二