金属和半导体的接触

1、第七章第七章 金属和半导体的接触金属和半导体的接触 林 硕 E-mail: linshuo_7.1 金属半导体接触金属半导体接触及其能带图及其能带图金属金属半导体接触半导体接触 整流接触整流接触：微波技术和高速集成电路：微波技术和高速集成电路 欧姆接触欧姆接触：电极制作：电极制作 成为界面物理重要内容成为界面物理重要内容半导体器件重要部分半导体器件重要部分能级图能级图整流特征整流特征 欧姆接触欧姆接触 1.1.金属与半导体的功函数金属与半导体的功函数功函数：金属中的电子从金属中逸出，需由外界供给它足够的能量，功函数：金属中的电子从金属中逸出，需由外界供给它足够的能量， 这个能量的最低值被称为功

2、函数。这个能量的最低值被称为功函数。 金属功函数金属功函数Wm=E0-(EF)m金属中的电子势阱金属中的电子势阱半导体的功函数和电子亲和能半导体的功函数和电子亲和能E0为真空电子能级为真空电子能级 半导体功函数半导体功函数Ws=E0-(EF)s 电子亲和能电子亲和能=E0-Ec Ws=+Ec-(EF)s =+EnEn=Ec-(EF)s2.2.接触电势差（肖特基模型）接触电势差（肖特基模型）金属和金属和n型半导体接触能带图（型半导体接触能带图（WmWs）（a）接触前；（）接触前；（b）间隙很大；）间隙很大； （c）紧密接触；（）紧密接触；（d）忽略间隙）忽略间隙半导体电势半导体电势提高提高金属电

3、势金属电势降低降低平衡态，费米能级相等平衡态，费米能级相等qWWVVVmssmms)b(接触电势差金半间距金半间距D远大于原子间距时远大于原子间距时D正负电荷密度增加正负电荷密度增加sVqWWVmsms) c (接触电势差D与原子间距相比与原子间距相比很小接触电势差ms)d(VmnsmnsnDnssmsD)(WEWWEqVEqVqWWqVqV半导体空间电荷区形成（空间电荷区形成（why），表面势，能带弯曲），表面势，能带弯曲（理想）（理想）肖特基势垒高度肖特基势垒高度 小结：小结：（1）金属与）金属与n型半导体接触型半导体接触u WmWs，电子由半导体进入金属，在半导体表面形成电子势垒，电子由

4、半导体进入金属，在半导体表面形成电子势垒 （阻挡层）（阻挡层）u WsWm，电子由金属进入半导体，电子由金属进入半导体，Vs0，能带下降，表面是电子势阱，能带下降，表面是电子势阱， 形成电导层（形成电导层（反阻挡层反阻挡层） 金属和金属和n型半导体接触能带图（型半导体接触能带图（WmWs ，能带上升，空穴势阱，半导体表面是高电导压，为，能带上升，空穴势阱，半导体表面是高电导压，为p p型反阻挡层型反阻挡层u WmWs)(Wm0），电压主要降落在高阻区域阻挡层上。原来半导体表面和内部之间的电势差，即表面势是(Vs0Ln时时 （2）热电子发射理论）热电子发射理论 xdLn )，电子通过势垒区要发生

5、多次碰撞，这样的阻挡层称为厚阻挡层-适用于扩散理论Ln:电子的平均自由程X Xd d: :势垒宽度 势垒区存在电场，有电势的变化，载流子浓度不均匀。计算通过势垒的电流时，必须同时考虑漂移和扩散运动。 一般情况下，势垒高度远大于k0T 时，势垒区可近似为一个耗尽层。在耗尽层中，载流子极少，它们对空间电荷的贡献可以忽略；杂质全部电离，空间电荷完全由电离杂质的电荷形成。n型半导体的耗尽层，耗尽层宽度xd 表示。考虑半导体是均匀掺杂的，那么耗尽层中的电荷密度是均匀且等于qND 势垒高度势垒高度qVqVD Dkk0 0T T时，势垒区内的载时，势垒区内的载流子浓度流子浓度0 0 1xx0 xx0qNddD 2022rdxVd代入泊松方程 30qN0D22rdxVd即 势垒区的电势分布 ：半导体内电场为零，E(xd)=0；取金属费米能级位置为零电位， 则V(0)=ns；则边界条件为： E(xd)=0 V(0)=ns； 4030nsxxdVdxdVxEd利用边界条件nsVDn 0205162DdrDddnsrqNdVE xxxdxqNVxxx 积分得到0V dxxdnDxExnqJnn因此 100dxxdndxxdVTkxqnqDn 1310TkqVeJJSD得到142qN00DTkDqVeVVJDrSD其中 131200200000020TkVqnsT