半导体物理经典课件第八章金属半导体接触.ppt

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1、第八章金属和半导体的接触§８.1金属半导体接触及能级图1.金属和半导体的功函数金属中的电子绝大多数所处的能级都低于体外能级。金属功函数的定义:真空中静止电子的能量E0与金属的EF能量之差，即上式表示一个起始能量等于费米能级的电子，由金属内部逸出到真空中所需要的最小值。金属中的电子势阱EFWm越大,金属对电子的束缚越强在半导体中，导带底EC和价带顶EV一般都比E0低几个电子伏特。半导体功函数的定义:真空中静止电子的能量E0与半导体的EF能量之差，即Ws与杂质浓度有关E0ECEFEVWs电子的亲合能2.接触电势差EvWs(a)接触前半导体的功函数又

2、写为D（b）间隙很大(D>原子间距)金属表面负电半导体表面正电Vm:金属的电势Vs:半导体的电势平衡时,无电子的净流动.相对于(EF)m,半导体的(EF)s下降了接触电势差:金属和半导体接触而产生的电势差Vms.（c）紧密接触半导体表面有空间电荷区空间电荷区内有电场电场造成能带弯曲E+_因表面势Vs<0能带向上弯曲qVD接触电势差一部分降落在空间电荷区,另一部分降落在金属和半导体表面之间若D原子间距,电子可自由穿过间隙,Vms0,则接触电势差大部分降落在空间电荷区（d）忽略间隙qVD半导体一边的势垒高度金属一边的势垒高度半导体表

3、面形成一个正的空间电荷区电场方向由体内指向表面(Vs<0)半导体表面电子的能量高于体内的，能带向上弯曲，即形成表面势垒当金属与n型半导体接触Wm>Ws在势垒区中，空间电荷主要由电离施主形成，电子浓度要比体内小得多，因此它是一个高阻的区域，常称为阻挡层。Wm0)半导体表面电子的能量低于体内的，能带向下弯曲在空间电荷区中，电子浓度要比体内大得多，因此它是一个高电导的区域，称为反阻挡层。EcEvEFWs-Wm-Wm金属和n型半导体接触能带图(Wm

4、反阻挡层薄,高电导,对接触电阻影响小能带向下弯曲,造成空穴的势垒,形成p型阻挡层当金属与p型半导体接触能带向上弯曲,形成p型反阻挡层WmEcEvEcEv金属和p型半导体接触能带图(a)(b)(a)p型阻挡层(WmWs)形成n型和p型阻挡层的条件Wm>WsWm

5、中形成一定的分布，存在一个距价带顶为q0的能级对多数半导体，q0约为禁带宽度的1/3电子填满q0以下所有表面态时，表面电中性q0以下的表面态空着时，表面带正电，呈现施主型q0以上的表面态被电子填充时，表面带负电，呈现受主型存在受主表面态时n型半导体的能带图EFqnsWsq0qVDEVEC若表面态密度很大，只要EF比q0高一点，表面上就会积累很多负电荷，能带上弯存在高表面态密度时n型半导体的能带图qnsWsq0EnEFEVEc高表面态密度时，势垒高度势垒高度称为被高表面态密度钉扎无表面态，半导体的功函数有表面态，即使不与金属接

6、触，表面也形成势垒，半导体的功函数（形成电子势垒时）表面态密度很高时费米能级钉扎效应：在半导体表面，费米能级的位置由表面态决定，而与半导体掺杂浓度无关的现象。表面受主态密度很高的n型半导体与金属接触能带图(a)接触前E0Wm(EF)mqns(EF)sECqVD(省略表面态能级）金和半接触时,当半导体的表面态密度很高时电子从半导体流向金属这些电子由受主表面态提供平衡时，费米能级达同一水平Wm(EF)sECqVDWm-Ws(b)紧密接触空间电荷区的正电荷＝表面受主态上的负电荷＋金属表面负电荷表面受主态密度很高的n型半导体与金属接触能带图(c)极

7、限情形(EF)sECqns半导体的势垒高度半导体内的表面势垒qVD在接触前后不变因表面态密度很高，表面态中跑掉部分电子后，表面能级q0的位置基本不变势垒高度金属和p型半导体接触时情形类似金－半接触的的势垒高度与金属的功函数无关只取决于表面能级的位置当表面态起主要作用时表面态密度不同，紧密接触时，接触电势差有一部分要降落在半导体表面以内，金属功函数对表面势垒将产生不同程度的影响，但影响不大。但是§８.2金属半导体接触（阻挡层）整流理论金－n型半接触，Wm>Ws时，在半导体表面形成一个高阻区域，叫阻挡层有外加V时，表面势为(Vs)0＋V无外加

8、V时，表面势为(Vs)0电子势垒高度为V与(Vs)0同符号时，阻挡层势垒提高V与(Vs)0反符号时，阻挡层势垒下降外加电压