半导体物理(第七章).描述.ppt

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1、第7章金属和半导体的接触7.1金属半导体接触及其能级图真空中静止电子的能量。表示电子跑出材料外进入真空中所必须具有的最低能量。它对所有的材料都是相同的。(一)真空能级E0指将一个电子从费米能级转移到真空能级所需的能量。其大小标志着束缚电子的强弱，功函数越大，电子越不容易离开材料。(二)功函数金属功函数(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的最小能量。)金属中的电子势阱金属中的电子虽然能在金属中自由运动，但绝大多数所处的能级都低于体外能级。要使电子从金属中逸出，必须由外界给它以足够的能量。所以，金属内部的电子是在一个势阱中运动。金属功函数随原

2、子序数的递增呈现周期性变化，功函数的大小显示出金属中电子离开金属表面成为自由电子的难以程度，功函数大的金属稳定性也较强。关于功函数的几点说明:②功函数与表面有关.③功函数是一个统计物理量①对金属而言,功函数Wm可看作是固定的.功函数Wm标志了电子在金属中被束缚的程度.对半导体而言,功函数与掺杂有关.半导体功函数7.1.1金属和半导体的功函数其中故对半导体，电子亲和能χ是固定的，功函数与掺杂有关。电子亲和能（指将一个电子从导带底转移到真空能级所需的能量。它因材料的种类而异，决定于材料本身的性质，和其它外界因素无关）7.1.2接触电势差金属与n型半导体接触为例（假设Wm

3、>Ws）,假设有共同的真空静止电子能级。接触前金属和半导体间距离D远大于原子间距，电势差主要落在界面间隙中。++++++-----=WM-WS半导体表面出现空间电荷区金属电势降低，半导体电势升高，最终达到平衡状态，具有统一的费米能级。随着D的减小，电势差同时落在两界面间及半导体表面的空间电荷区内。VS是半导体表面与内部之间存在的电势差，即为表面势。半导体表面出现空间电荷区电场随着距离减小，金属一侧半导体表面正电荷密度增加，由于半导体中自由电荷密度的限制，这些正电荷分布在半导体表面相当厚的一层表面层内，即空间电荷区。若D小到可以与原子间距相比较，电势差全部落在半导体表

4、面的空间电荷区内。电场VS<0在半导体表面形成一个正的空间电荷区，其中电场方向由体内指向表面，Vs<0，使半导体表面电子的能量高于体内，能带向上弯曲，即形成表面势垒，如下图所示。(一)金属与n型半导体接触的情形在势垒区，空间电荷主要由电离施主形成，电子浓度比体内小得多，因此它是一个高阻区域，称为阻挡层。n型半导体的势垒和阻挡层都是对电子而言的，由于空穴所带电荷与电子电荷符号相反，电子的阻挡层就是空穴的积累层。(二)金属与p型半导体接触的情形该情形下，形成阻挡层或反阻挡层的条件正好与n型的相反：(三)总结：n型与p型阻挡层的形成条件n型p型阻挡层反阻挡层反阻挡层阻挡层

5、7.1.3表面态对接触电势的影响从前面的推导可以看出，金属一侧的势垒高度应当随不同金属而变化实验表明：不同金属的功函数虽然相差很大，但与半导体接触时形成的势垒高度却相差很小。原因：半导体表面存在表面态。表面态分为施主型和受主型。表面能级在半导体表面禁带中呈现一定分布，表面处存在一个靠近价带顶的EFS0能级。电子正好填满EFS0以下所有的表面态时，表面呈电中性，若EFS0以下表面态为空，表面带正电，呈现施主型；EFS0以上表面态被电子填充，表面带负电，呈现受主型。对于大多数半导体，EFS0越为禁带宽度的三分之一。若n型半导体存在表面态，费米能级高于EFS0，表面态为受

6、主型带负电，表面处须出现正的空间电荷区，形成电子势垒。势垒高度恰好使表面态上的负电荷与势垒区正电荷数量相等。当表面态密度较大时，表面处费米能级很接近EFS0，势垒高度qVD恰好使表面态上的负电荷与势垒区的正电荷相等。存在表面态时，当与金属接触（仍假设金属功函数大的情况），电子会由半导体流向金属，但电子不是来自半导体体内，而是由受主型表面态供给。若表面态积累的负电荷足够多时，平衡时，半导体表面的正电荷等于表面态上剩余的负电荷与金属表面负电荷之和，半导体表面势垒高度几乎不变。因此，当半导体的表面态密度很高时，可以屏蔽金属接触的影响，使半导体内的势垒高度和金属的功函数几乎

7、无关，而由半导体表面性质决定。7.2金属半导体接触整流理论7.2.1金属半导体接触整流特性电导的非对称性（整流特性）在某一方向电压作用下的电导与反方向电压作用下的电导相差悬殊的器件特性首要条件：金属-半导体接触时，必须形成半导体表面的阻挡层（形成多子的势垒）（1）V=0半导体接触表面能带向上弯，形成n型阻挡层，阻挡层由电离施主组成，载流子浓度较低。当阻挡层无外加电压作用，从半导体流向金属的电子与从金属流向半导体的电子数量相等，处于动态平衡，因而没有净的电子流流过阻挡层。内电场方向（2）V>0若金属接电源正极，n型半导体接电源负极，则外加电压主要降落在阻挡层上，外