2022-2023学年高二物理竞赛课件：表面态对接触势垒的影响1

表面态对接触势垒的影响表面态对接触势垒的影响1.表面态和表面能级：表面态：源于半导体表面晶格的不完整性，表面吸附外来原子或离子。它是局域在表面附近的新电子态。表面态能级：

大多数半导体的在Ev以上Eg/3的地方。反阻挡层接触（欧姆接触）若Wm<Ws，金属与N型半导体接触时，电子将从金属流向半导体，在半导体表面形成负的空间电荷区，电场方向由表面指向体内，Vs>0，能带向下弯曲。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。EcEFWs-WmEvx-WmE金属与P型半导体接触时，若Wm>Ws，能带向上弯曲，形成P型反阻挡层。金属与P型半导体接触时，若Wm<Ws，形成空穴的表面势垒。在势垒区，空间电荷主要由电离受主形成，空穴浓度比体内小得多，也是一个高阻区域，形成P型阻挡层。N型P型Wm>Ws阻挡层反阻挡层Wm<Ws反阻挡层阻挡层

肖特基接触（整流接触）金属/半导体接触欧姆接触

形成n型和p型阻挡层的条件2.表面态的类型1）施主型：电子占满时呈中性，失去电子带正电。

以下的表面态空着，表面带正电。

2）受主型：能级空时为电中性，接受电子带负电。以上的表面态被电子填充，表面带负电。3.表面态对接触势垒的影响受主态n型半导体能带图无表面态时半导体功函数：有表面态时半导体功函数：因半导体与表面态交换电子，（不与金属接触时）半导体表面能带发生弯曲qVD

,势垒高度随Wm不是线性变化。半导体存在高密度表面态时

势垒高度与金属功函数无关，称为高表面态密度钉扎（pinning）,称为巴丁模型。小结半导体表面态密度很高时（>1017eV-1.cm-2),它可屏蔽金属接触的影响，使得势垒高度与金属功函数几乎无关，而由半导体表面性质决定。当表面态密度不是很高时，金属功函数对势垒高度产生不同程度的影响。课堂思考题金属和半导体的功函数是如何定义的？半导体的功函数与哪些因素有关？分析n型和p型半导体形成阻挡层于反阻挡层的条件。分别画出半导体与金属接触时的能带图（分为Ws＞Wm和Ws＜Wm，并忽略表面态的影响）什么叫欧姆接触？金属与重掺杂的半导体能形成欧姆接触，简单其物理原理。什么叫少数载流子注入效应？镜像力和隧道效应如何影响金-半接触势垒的？比较扩散理论和热电子发射理论在解决肖特基二极管整流特性时区别在什么地方？画图说明肖特基势垒高度，并指出在一般情况下，它与哪些物理量有关？习题课例1设p型硅NA=1017/cm3，试求:(1)室温下费米能级的位置和功函数（2）不计表面态的影响，求该p型硅分别与铂（Pt）和银（Ag）接触后是否形成阻挡层？（3）如果能形成阻挡层，求半导体一边的势垒高度。已知：WAg=4.81eV，WPt=5.36eV，

Nv=1019/cm3Eg=1.12eV,硅的电子亲和能X=4.05eV例2有n型硅与某一金属形成肖特基二极管，其参数为Wm=4.7eV，X=4.0eV,Nc=1019/cm3,Nc=1019/cm3ND=1015/cm3,硅的相对介电常数εr=12，忽略表明态，计算室温下：（1）零偏时势垒高度接触电势差和势垒宽度。（2）正偏为0.2V时的热发射电流。设A*/A=2.1，

A=120A/cm3例3NA=1017/cm3

的p型锗，室温下功函数为多少？，不考虑表面态的影响，它分别和Al、Au、Pt接触时形成阻挡层还是反阻挡层？锗的电子亲和能为4.13eV。设WAl=4.18eV,WAu=5.20eV,WPt=5.43eV.例4有n型硅与某一金属形成肖特基二极管，已知其接触后半导体一侧的势垒高度为0.50eV，ND=1015/cm3

，Nc=2.8×1019/cm3电子亲和能为4.05eV，Lp=10μm，Dp=150cm2/s，ni=1.5×1010/cm3A*=252（cm2.K）2室温T下，求（1）加0.5V正向偏压后，计算室温下注入少子的电流密度，（2）计算金属的功函数，（3