半导体物理2010(第七章).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7.1.1金属和半导体的功函数金属功函数金属功函数随原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。半导体功函数电子亲和能故其中7.1金属半导体接触及其能级图7.1.1金属和半导体的功函数7.1金属半导体接触及其能级图7.1.2接触电势差金属与n型半导体接触为例（Wm>Ws）接触前7.1金属半导体接触及其能级图7.1.2接触电势差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。Vms是由于接触而产生的电势

2、差，称为接触电势差。++++++-----=WM-WS半导体表面出现空间电荷区7.1金属半导体接触及其能级图7.1.2接触电势差随着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7.1金属半导体接触及其能级图7.1.2接触电势差若D小到可以与原子间距相比较，电势差全部落在半导体表面的空间电荷区内。电场=-qVSVS<0金属和n型半导体接触（Wm>Ws——n型阻挡层）7.1金属半导体接触及其能级图7.1.2接触电势差E①空间电荷区②电场及表面势③能带情况

3、④接触类型电场VS<07.1金属半导体接触及其能级图7.1.2接触电势差金属和n型半导体接触（Wm07.1金属半导体接触及其能级图7.1.2接触电势差金属和p型半导体接触（Ws>Wm——p型阻挡层）电场VS>07.1金属半导体接触及其能级图7.1.2接触电势差金属和p型半导体接触（Wm>Ws——p型反阻挡层）电场VS<07.1金属半导体接触及其能级图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

4、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。7.1金属半导体接触及其能级图7.1.3表面态对接触电势的影响若n型半导体存在表面态，费米能级高于EFS0，表面态为受主型带负电，表面处须出现正的空间电荷区与之对于，形成电子势垒。当表面态密度较大时

5、，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。7.1金属半导体接触及其能级图7.1.3表面态对接触电势的影响存在表面态时，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无关，而由半导体表面性质决定。7.1金属半

6、导体接触及其能级图7.1.3表面态对接触电势的影响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）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（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

7、层。内电场方向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（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，外电压方向由金属指向半导体，外加电压方向和接触表面势方向(半导体表面空间电荷区内电场)相反，使势垒高度下降，电子顺利的流过降低了的势垒。从半导体流向金属的电子数超过从金属流向半导体的电子数，形成从金属流向半导体的正向电流。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内电场方向外电场方向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（3）V<0当金属接负极，半导体

8、接正极，外加电压方向和接触表面势方向（空间电荷区的内电场）相同，势垒高度上升，从半导体流向金属的电子数减少，而金属流向半导体的电子数占优势，形成从半导