半导体物理-第七章new

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1、第第六篇六篇金金属属和半和半导导体体的接的接触触¢1、阻挡层与反阻挡层的形成¢2、肖特基势垒的定量特性¢3、欧姆接触的特性§§6.16.1金属金属--半导体接触和能带图半导体接触和能带图1、功函数WW与电子亲和势m、sE0χWsWmEcEnEFsEFmE⎯⎯→真空电子能级0金属功函数W=E−E⎯⎯→(1)m0Fm半导体功函数W=E−E⎯⎯→(2)s0FsE()v电子亲和势χ=E−E⎯⎯→30c2、接触电势差E0χWsWmEEcnEFsEFmEv假设金属和n型半导体相接触且W>Wms接触前：接触后：E0

2、WWsχmEcEFsEqφmqVDEcFmEEFFEvxDEv接触势垒W-W=-q（V+V）≌-qVmsmsmssW−Wms故接触电势差V=−msq导带底电子向金属运动时必须越过的势垒的高度：qV=W-WDms（1）金属一边的电子运动到半导体一边也需要越过的势垒高度势垒高度：()qφ=W−χ⎯⎯→2mmqφqVDEmcEFEv3、阻挡层与反阻挡层（1）金属-n型半导体接触（a）W>W电子阻挡层:msE0WsχWEmcEFsEFmEvqφmqVDEcEFEvxD金属一边的势垒半导体一边的势垒qφ=W−χ

3、qV=W−WmmDms（b）WW空穴阻挡层:smE0WmχEFmEcWsEFsEvE接触后：cEFEvqV=W-WDsmxD半导体一边的势垒qV=W−WDsm（2）W>W空穴反穴阻挡层:ms接触后：E0χxDEWcsWmEcEFsEvEEFFmEv33、表面态对接触势垒的影响、表面态对接触势垒的影响表面态：表面态：局域在表面附近的新电子态。表面能级：表面能级：与表面态相应的能级称

4、为表面能级。E0χWmWsEWcElFmE0FE0FS表面能级表面能级EvA、接触前，半导体体内与表面电子态交换电子后χχWmWWE0llqVDEEcqVnDEEEFsFmFEnEv¢能带弯曲量qV=E0-E0与金属的性能无关DFFs¢半导体的功函数则变为：100W=χ+qV+E=W+E−E=WsDnsFFslB、金属与半导体接触后Ec（0）实际中，E0常位于FsqφqVDEv以上1/3Eg处，所以mEEnc()⎡()1⎤2qφ=E0−E0+E=Emc⎢vg⎥g⎣3⎦3Ev()0qφ=qV+E=E0−

5、E与金属的性能无关⇐巴丁模型mDncFs§§6.26.2金金--半接触整流理论半接触整流理论1、阻挡层的整流特性——外加电压对阻挡层的作用qV=-q(V)qφDs0nsxd净电流J=J−J=0s⎯⎯→mm⎯⎯→s加上正向电压(金属一边为正)时：qV1=q[V-V]qV1=q[V-V]qφDDDDnsqφqφqφnnEnsEFqVFqVVJ>Jxs⎯⎯→mm⎯⎯→sxddV↑⎯⎯→正向电流J=J−Js⎯⎯→mm⎯⎯→s加上反向电压（金属一边为负）时：qφnsqVD1=q[VD-V]qφnsqVD1=q[

6、VD-V]EFq（-V）q（-V）E/V/FxdxdJ>J⎯⎯→V↑反向电流J=J−J⇒J(饱和)m⎯⎯→ss⎯⎯→mm⎯⎯→ss⎯⎯→mm⎯⎯→s2、整流理论（1）扩散理论x》l时，电子通过势垒区将发生多dn次碰撞。势垒高度qV》kT时，势垒区内D0的载流子浓度～0耗尽区⎧⎪qND()0xd2dVρ()代入泊松方程=−⎯⎯→22φdxεrε0ns⎧qNDd2V⎪−即2=⎨εrε0⎯⎯→()3dx⎪0⎩利用边界条件⎧dVE()x=−=0⎯⎯→()3⎪ddx⎨x

7、=xd⎪()()V0=−φ⎯⎯→4⎩ns⎧()dVqND()()Ex=−=x−x⎯⎯→5⎪d()()dV⎪dxεrε0由1−4式及E=−积分得到⎨dx⎪qND⎛12⎞V=⎜xxd−xd⎟−φns⎯⎯→(6⎪⎩εrε0⎝2⎠⎧⎪V(xd)(=−φns+V)⎯⎯→(7)因为⎨（加上外加电压在金属上）⎪φ=φ+V⎯⎯→()8⎩nsnD2qNx()()Dd()由6式−φ+V=⋅−φ+VnnDεε2r0又V=−()VDs0所以⇒x=−2εrε0[]()Vs0+V2εrε0[VD−V]()=⎯⎯→9dqNqNDD

8、由此可见⇒x随外加电压的变化而变化d这种势垒宽度随外加电压的变化而变化的势垒就是SchottkySchottky势垒势垒。dV由()()1−4式及E=−dx⎧()dVqND()()Ex=−=x−x⎯⎯→5⎪d⎪dxεεr0积分得到⎨⎪V()x=qND⎛xx2−1x2⎞⎟−⎯⎯→()6⎜dφns⎪⎩εrε0⎝2⎠⎡dn(x)⎤因此J=qn()xµE()x+D⎢nndx⎥⎣⎦⎡qn(x)dV(x)dn(x)⎤=qD−⋅+⎥⎯⎯→()10n⎢kTdxdx⎣0⎦