电子工程物理基础v1.1(5-2)2014

1、唐洁影唐洁影东南大学电子科学与工程学院东南大学电子科学与工程学院第第5 5章章 半导体中电子的控制半导体中电子的控制5.1 半导体与外界作用5.2 半导体与半导体5.3 半导体与金属5.4 半导体与绝缘体5.3 5.3 半导体与金属半导体与金属（metal-semiconductor contact）s sm ms sm ms sm ms sm mW WW WW WW WP P型型半半导导体体金金属属W WW WW WW Wn n型型半半导导体体金金属属四四种种类类型型功函数功函数电子亲和能1. 能带图能带图(1) M-S(n型型), WmWsnsDssnsDssmsmsqqqVWqVWWWn

2、型阻挡层型阻挡层D Dm ms sq qV VW WW W电子耗尽电子耗尽(2) M-S(n型型) , WmWsm ms ss ss sD Dnsnsm ms sD DW WW WqVqVq qW WW WqVqV)(n型反阻挡层型反阻挡层(3) M-S(p型型) , WmWsp型反阻挡层型反阻挡层s sm ms ss sD Dpspss sm mD D- -W WW WqVqVq qW WW WqVqV)(P型半导体的价带电型半导体的价带电子向金属一侧转移子向金属一侧转移n型阻挡层型阻挡层p型阻挡层型阻挡层n型反阻挡层型反阻挡层p型反阻挡层型反阻挡层肖肖特特基基势势垒垒高导层高导层整整流流接

3、接触触非非整整流流接接触触欧姆接触?电子耗尽电子耗尽空穴耗尽空穴耗尽势垒高度随外加正电压的势垒高度随外加正电压的增加而降低增加而降低, ,因此由半导体因此由半导体流向金属的净电子流增加流向金属的净电子流增加, ,且按指数增加。且按指数增加。金-半接触平衡时金-半接触非平衡时净电流净电流=0=0（对阻挡层而言）（对阻挡层而言）（1）加正电压）加正电压（削弱内建电场）（削弱内建电场）2. 整流特性整流特性jm-s=js-mjs-mjm-s以以n型阻挡层为例型阻挡层为例（金属接（金属接“+”）（2）加反向电压（金属接）加反向电压（金属接“”）势垒高度随外加反电压的增加而身升高势垒高度随外加反电压的增

4、加而身升高, ,因而因而从半导体到金属的从半导体到金属的电子减少电子减少, ,反向电流变大，主要由金属到半导体的电子流构成。反向电流变大，主要由金属到半导体的电子流构成。反向电流反向电流jm-s-js-m反向电压继续增大，致使反向电压继续增大，致使j js-ms-m近似为零近似为零，反向电流趋于饱和。反向电流趋于饱和。jm-s恒定恒定不变不变j js-ms-m加反向加反向电压电压Vt 肖特基结具有整流特性肖特基结具有整流特性3.肖特基势垒二极管肖特基势垒二极管(1) 结构结构光刻产生的陡削的边沿光刻产生的陡削的边沿Si-SiOSi-SiO2 2界面存在正固定电荷界面存在正固定电荷拐角处有过拐角

5、处有过量的电流量的电流(2)(2)与与p-np-n结二极管的比较结二极管的比较主要特点是主要特点是: :1.SDB1.SDB是多数载流子器件是多数载流子器件, ,而而p-np-n结二极管电流取决于非平衡少数载流子结二极管电流取决于非平衡少数载流子的扩散运动的扩散运动. . 2. p-n2. p-n结二极管中结二极管中, ,少数载流子注入造成非平衡载流子在势垒区两侧界少数载流子注入造成非平衡载流子在势垒区两侧界面的积累面的积累, ,外加电压变化外加电压变化, ,电荷积累和消失需有一弛豫过程电荷积累和消失需有一弛豫过程( (电荷存储效电荷存储效应应),),严重影响了严重影响了p-np-n结二极管的

6、高频性能结二极管的高频性能. .SDBSDB器件不发生电荷存储现象器件不发生电荷存储现象, ,使得它在使得它在高频、高速高频、高速器件中有重要作用。器件中有重要作用。边扩散边复合3.SDB3.SDB的正向开启电压比的正向开启电压比p-np-n的低；而反向饱和电流比的低；而反向饱和电流比p-np-n的的大。大。这是因为多数载流子电流远高于少数载流子电流。这是因为多数载流子电流远高于少数载流子电流。Vt Vt p-nSDB(Js)SDB (Js)p-n4.欧姆接触（欧姆接触（Ohmic Contact） 由于由于表面态的影响表面态的影响，难以通过选择金属的功函数来实现，难以通过选择金属的功函数来实

7、现欧欧姆接触（理论上说，姆接触（理论上说，WmWns WmWpsWmWps可形成反阻挡层）。可形成反阻挡层）。 在生产实际中，主要是利用隧道效应的原理在半导体上制造在生产实际中，主要是利用隧道效应的原理在半导体上制造欧姆接触欧姆接触。采用重掺杂半导体与金属接触采用重掺杂半导体与金属接触。 从电学上讲，理想的欧姆接触的接触电阻应当很小，同时还从电学上讲，理想的欧姆接触的接触电阻应当很小，同时还应具有线性的和对称的电流应具有线性的和对称的电流电压关系。电压关系。n型反阻挡层型反阻挡层p型反阻挡层型反阻挡层（1）表面态对接触势垒的影响）表面态对接触势垒的影响三三.表面态表面态表面的硅原子存在不饱和表面的硅原子存在不饱和键（悬挂键）。键（悬挂键）。晶体缺陷或吸附原子晶体缺陷或吸附原子引起表面态引起表面态施主型施主型受主型受主型表面能态被电子占据时呈电中性，施放电子后呈正电性。表面能态空着时呈电中性，接受电子后呈负电性。硅表面存在悬挂键在半导体的表面，由于存在自身缺陷、吸附物质、氧化物或与电解液中的物质发生作用等原因，表面电子之量子状态会形成分立的能级或很窄的能带，称为表面态。它可以俘获或释放载流子，或形成复合中心，使半导体带有表面电荷，影响其电性能。WmWsWmWs（2）欧姆接触的实现）