第4章-金属半导体结.ppt

1、引言、金属-半导体形成的冶金接触称为金属-半导体连接(M-S连接)或金属-半导体接触。金属-半导体结称为点接触，后者为了实现相对称为面接触的金属-半导体结，可以按半导体晶体所需的金属接触针，也可以在高真空半导体表面敷大面积金属膜。金属-半导体接触有两种最重要的效果：整流效果和欧姆效果。电子又称为配对接触，又称为配对。后者也称为欧姆接触，也称为未整流的接头。引言、金属-半导体连接器元件是用于电子的最古老的固体元件。1874年，布朗提议金属在接触硫化铅晶体方面具有不对称的传导特性。1906年，Pickard获得了硅接触整流器的专利。皮尔斯在1907年提出，在各种半导体中溅射金属可以制造整流二极管。

2、简介，20年代，钨硫化铅点接触整流器和一氧化碳除硫器问世。1931年，肖特基等人提出了M-S接触点可能存在某种“壁垒”的想法。1932年，以量子理论的隧道效应和障碍概念(如威尔逊)说明了M-S接触的整流效应。1938年，肖特基和莫特独立提出电子通过漂移和扩散越过壁垒的观点。汤姆提出了表面状态的概念。简介，1947年，巴丁提出了巴丁壁垒模型。20世纪50年代，点接触二极管的重复性下降，大部分被PN结二极管取代。20世纪70年代，使用了新的半导体平面工艺和真空工艺，制作了具有重复性的金属-半导体接触，实现了金属-半导体连接器件的快速发展和应用。介绍，非流体结不管外部电压的极性如何，电阻压降低，没有

3、整流效果。无定流接触是几乎所有半导体器件开发和生产中不可缺少的一部分。因为所有半导体元件都要通过欧姆接触连接到其他装置或电路元件。假设4.1肖特基势垒，第4章金属-半导体结，4.1肖特基势垒，第一，肖特基势垒形成(考虑金属和n型半导体)半导体功能半导体电子亲和力半导体表面没有表面状态，直到表面变平。自建功率差肖特基势垒高度，(4-1)，(4-3)，(4-4)，(4-2)，4.1肖特基势垒，2，加偏置肖特基势垒(摘要4)正偏置逆压：半导体加正电压可以增加障碍，图4-2肖特基势垒的频带图(a)没有偏移(b)正向偏移(c)和反向偏移(c)，4.1肖特基势垒，均匀掺杂半导体，空间电荷区域宽度(类似)，

4、(4)，图4-3应用于钨硅和钨砷化镓的二极管1/C2的电压、钨砷化镓、钨硅、4.1肖特基势垒，示例：图4-3中硅肖特基二极管的示周浓度、自构建电位和势垒高度计算。解决方案利用率(4-7)图4-3中的电容以单位面积表示。4.1肖特基势垒，图4-3，4.1肖特基势垒摘要，出现了金属-半导体接触中最重要的两个效应：整流效应和欧姆效应。电子也称为整流接触。后者又称为欧姆接触，又称为非整流器。热平衡情况下的肖特基势垒频带图。半导体空间电荷层自构建电位肖特基势垒高度，4.1肖特基势垒摘要，4 .偏置肖特基势垒带状图与单边突变PN结相似。由于正偏压导致半导体侧障碍减少，半导体中的电子更容易向金属移动，流动过

5、多的电流。在逆偏压条件下，半导体方面的壁垒提高了。增强的阻隔电子从半导体交叉到金属。流动的电流很小。肖特基势垒具有单向导电整流特性。5.由于金属中有很多电子，空间电荷区很薄，因此偏移的肖特基势垒带状图几乎没有变化。解泊松方程的话，肖特基势垒的空间电荷区域宽度，4.1肖特基势垒摘要，7。肖特基势垒结电容8。与单边突变PN结公式相同，与P-N结一样，自构建电位和半导体的掺杂可以在的关系曲线中找到。了解4.1肖特基势垒教学要求，金属半导体接触最重要的两个效果。在热平衡情况下绘制肖特基势垒带图。掌握公式，4.1肖特基势垒教学要求，绘制偏压肖特基势垒波段图，基于波段图，为什么肖特基势垒二极管的整流特性在

6、偏压情况下不变？自构建电位和半导体掺杂在与的关系曲线中发现。工作：4.1，4.2，4.3，4.4，4.5，4.2接口状态对挡墙高度的影响，第四章金属半导体连接，4.2接口状态对挡墙高度的影响，4-4表面状态钳制的费米水平，4.2接口状态对挡墙高度的影响，实际肖特，4.2界面状态对屏障高度的影响，界面状态经常表征为能量连续分布，性能水平。占用的界面状态很高，但上面的空间为空，此时表面是电气中立的。也就是说，下一个状态为空的时候，表面电荷正的力，类似于捐赠者的作用；当上述状态被占据时，表面就会像充当主要角色一样负电。费米级别对齐时，净表面电荷为零。4.2界面状态对屏障高度的影响，在实际接触中，界面

7、状态的净传递类似于施主。这种正电荷和金属表面的负电荷形成的电场在金属和半导体之间的小间隙中产生电位差，因此在耗尽层内实现平衡需要较少的电离时间。结果是，自构建电位大大降低(图4-4a)，障碍高度也降低，使其变小。4.2接口状态对屏障高度的影响类似的情况下，接口状态具有负电荷，增加和接近(图4-4b)。因此，界面状态的传递具有负的反馈效果，倾向于创建和接近它。界面状态密度高，费米水平实际上钳制为费米水平钉效应(费米水平钉效应)，与金属和半导体的功函数无关。4.2界面状态对屏障高度的影响，大部分实用的肖特基势垒中界面状态在决定数值内占优势，障碍高度基本上是两个功能差异，与半导体的掺杂度无关。实验观

8、察到的屏障高度为表4-1，发现大部分半导体的能量位于出发价格附近。4.2接口状态对垒高度的影响，表4-1电子伏单位n型半导体的肖特基势垒高度，4.3镜像力对垒高度的影响，第4章金属-半导体结，4.3镜像力对垒高度的影响，第一，反射力导致肖特基势垒高度(肖特基效应)镜像力引起电子战能量边界条件挡墙区域的最大电场(内置电场和部分压电场)，总势能，(4-10)，(4-11)，图4.5 (c)，原始理想肖特基势垒电子能量减少，即肖特基势垒高度减少。 这就是肖特基势的镜像力下降现象，也称为肖特基效应。，4.3镜力对障壁高度的影响，图4-5镜力是金属半导体障壁，镜力：半导体的金属表面x上的电子检测金属中的

9、正电荷，该正电荷是镜电荷，电子和感应正电荷之间的静电重力称为镜力，4.3镜力对障壁高度的影响，2，障壁高度降低的大小和发生位置，障壁高度降低，(4-13)，4.3镜像力对屏障高度的影响，镜像力降低肖特基势垒高度的情况下，金属表面附近的半导体导带必须有电子。测量挡墙高度时，如果测量方法与金属和半导体之间的电子运输有关，则结果如下。如果测量方法只涉及耗尽层的空间电荷，不涉及电子的运输(如电容方法)，则测量结果不受镜像力的影响。4.3镜像力对屏障高度的影响，孔还具有半导体带的原子向上弯曲靠近顶部的作用，图4-6，但是没有引导带底部的极限值，结果接触空间带变窄。总结了4.3镜像力对屏障高度的影响，镜像

10、力减少了理想肖特基势垒的电子能量，即肖特基势垒高度。这种效果称为肖特基效果。图4.5c说明了肖特基效应，这是将理想肖特基势垒半导体势垒地区的电子能量看作线性总能量的近似方法。4.肖特基势的下降值和总能量最大值发生的位置，4.3镜像力对垒高度的影响，讲课要求是肖特基效应是什么？描述肖特基效果的物理机制。肖特基效应按总能量公式和图4.5c说明。计算短键挡墙的减少以及总能量最大值发生的位置。工作：4.8，4.9，4.4肖特基势垒二极管电流和电压特性，第4章金属-半导体结，4.4肖特基势垒二极管电流和电压特性，热电子和热载流子二极管电子到达势垒顶部并发射到金属时，能量比金属电子约高。进入金属后，在金属

11、碰撞并提供额外能量之前，金属中的等效温度比电子高，因此将这些电子视为热。肖特基势垒二极管有时被称为热载波二极管。这些载体在很短的时间内与金属电子平衡，时间一般。4.4肖特基势垒二极管电流电压特性，1，空间电荷区域中载流子浓度的变化不均匀，引线带电子浓度和价带空腔浓度，(4-14)，半导体内部热平衡时内部载流子浓度，(4-15)，4.4肖特基势垒二极管电流电压特性，表面空间电荷电流和电压特性Richardson-dushman(Richardson-dushman)方程，(4-20)，4.4肖特基势垒二极管电流和电压特性，入射到单位时间对单位面积的电子与金属电子的数电子超过半导体所发射到金属的电

12、流的密度同时值取决于有效质量，n型硅和p型硅，分别取决于110和32。n型和p型，分别为8型和74型。将，(4-29)，(4-30)，4.4肖特基势垒二极管电流和电压特性，反向偏置(4-24)样式的替换为(4-24)，可以获得反向偏置下的电流和电压关系。正负两个偏置中的电流和电压关系可以说是非理想化效果产生的积分n是理想化因素。对于理想的肖特基势垒二极管，图4-7显示了两种肖特基二极管的实验电流和电压特性。(4-31)，(4-32)，4.4肖特基势垒二极管电流和电压特性，图4.7和肖脱二极管正向电流密度与电压的对应关系，4.4肖特基势垒二极管电流和电压特性，正向曲线扩展到可以找到参数，以及(4

13、-28)理想化因子可以计算为半对数曲线的斜率。对于Si二极管，二极管n=1.04。(4-27)饮食适宜，常用于半导体材料的肖特基势垒。上述分析表明，肖特基势垒电流基本上是多子传递的多子装置。根据4.4肖特基势垒二极管电流电压特性(4-28)，反向电流必须是与实验数据偏离的常数。其中一个原因是对称力作用。换句话说，将饱和电流转换为实验，通过上述方程发现肖特基势垒二极管的电流和电压特性，尤其是对逆偏压情况的描述更为准确。(4-33)，4.4肖特基势垒二极管电流和电压特性，3，少数载流子电流气穴从金属到半导体形成电流。这种电流实际上是在半导体价位上方附近的电子在低于金属费米能级的空白状态下流动时形成

14、的。(4-34)，(4-35)，在硅等共享耦合半导体中，其大小小得多，因此热电子发射电流通常比少数载流子电流大得多。4.4肖特基势垒二极管电流和电压特性，如肖特基势垒二极管、势垒高度和耗尽层宽度计算。比较大多数载波电流和少数载波电流。解决方案：图4-7，4.4肖特基势垒二极管电流和电压特性，4.4肖特基势垒二极管电流和电压特性摘要，1。表面空间电荷区域的载波浓度表示和半导体表面载波浓度表示，(4-17)，(4-19)，(4-18)，(4-20)，4.4肖特基势垒二极管电流特性摘要，2 .从半导体流入金属的电子流密度3。电流电压特性理查德杜斯曼方程4。流入半导体的金属的小孔扩散电流可以忽略。(4

15、-32)，(4-31)，4.4肖特基势垒二极管电流电压特性，确定教育要求概念：表面电位、热电子、热载流子二极管、理查森常数、有效理查森常数，从表面空间电荷区的载流子浓度表达式和半导体表面载流子浓度表达式中推导电流电压特性ris工作：4.5、4.6、4.7、4.10、4.5肖特基势垒二极管结构；第4章金属-半导体连接；4.5肖特基势垒二极管结构；图4-8实用肖特基二极管结构：(a)简单接触；(b)使用金属搭接，4.5肖特基势垒二极管结构，图4-8肖特基势垒二极管结构，(a)简单接触N Si基板，N型外延薄膜，清洁处理氧化，光刻开放窗口，真空系统中蒸发或基本发射金属，光刻金属图形。由于陡角和Si-SiO2接口具有正固定电荷，因此，这些简单结构不能提供好的肖特基势垒特性的这些因素将在周围半导体耗尽区域建立强电场，使角