半导体物理第7章.ppt

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1、第七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在绝对零度时，金属中的电子填满了费米能级以下的所有能级，而高于EF的能级则全部是空着的。在一定温度下．只有EF附近的少数电子受到热激发，由低于EF的能级跃迁到高于EF的能级上去，但是绝大部分电子仍不能脱离金属而逸出体外。这说明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金属的功函数金属功函数E0表示真空中静止电子的能量它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能量。(EF)mEoWm

2、功函数的大小标志着电子在金属中束缚的强弱，功函数越大，电子越不容易离开金属。金属的功函数约为几个电子伏特。铯的功函数最低，为1.93eV铂的最高．为5.36eV。功函数的值与表面状况有关金属功函数随原子序数的递增呈现周期性变化。半导体功函数电子亲合能,它表示要使半导体导带底的电子逸出体外所需要的最小能量。故其中半导体功函数(EF)sEvEcWsEnEo7.1.2接触电势差金属与n型半导体接触为例它们有共同的真空静止电子能级并假定金属的功函数大于半导体的功函数接触前，尚未达到平衡时的能级图SWmWSEFEFnmEoWm>Ws半导体的费米能级高于金属的费米能级。如果用导

3、线把金属和半导体连接起来，它们就成为一个统一的电子系统。半导体中的电子将向金属流动，使金属表面带负电，半导体表面带正电。它们所带电荷在数值上相等的，整个系统仍保持电中性，结果降低了金属的电势，提高了半导体的电势。当它们的电势发生变化时，其内部的所有电子能级及表面处的电子能级都随同发生相应的变化，最后达到平衡状态金属和半导体的费米能级在同一水平上，这时不再有电子的净的流动。它们之间的电势差完全补偿了原来费米能级的不同随着D的减小，靠近半导体一侧的金属表面负电荷密度增加，同时，靠近金属一侧的半导体表面的正电荷密度也随之增加。由于半导体中电荷密度的限制，这些正电荷分布在半导体

4、表面相当厚的一层表面层内，即空间电荷区。在空间电荷区内便存在一定的电场，造成能带弯曲，使半导体表面和内部之间存在电势差Vs，即表面势。这时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小到可以与原子间距相比较，电子可自由穿过间隙接触电势差绝大部分降落在空间电荷区。金属一边的势垒高度是若Wm>Ws，半导体表面形成正的空间电荷区,电场由体内指向表面Vs<0,它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。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，是一个高阻的区域，称为阻挡层。n半导体EF－

5、－－金属耗尽层Wm-Wm-WS=qVD－－若Wm0，能带向下弯曲。表面电子浓度比体内大得多，是一个高电导的区域，称为反阻挡层。反阻挡层是很薄的高电导层，它对半导体和金属接触电阻的影响是很小的。金属和p型半层体接触时，形成阻挡层的条件正好与n型的相反。当Wm>Ws时，能带向上弯曲，形成p型反阻挡层；当Wm

6、有净电流流过的，因为从半导体进入金属的电子流和从金属进入半导体的电子流大小相等，方向相反，构成动态平衡。在紧密接触的金属和半导体之间加上电压时，阻挡层将发生什么变化?外加电压V于金属，由于阻挡层是一个高阻区域，因此电压主要降落在阻挡层上原来半导体表面和内部之间的电势差，即表面势是(Vs)0现在为(Vs)0+VV与原来表面势符号相同时，阻挡层势垒将提高，否则势垒将下降外加电压后，半导体和金属不再处于相互平衡的状态，两者没有统一的费米能级。半导体内部费米能级和金属费米能级之差，等于由加外电压所引起的静电势能差。加正向电压时，半导体一边的势垒下降。从半导体到金属的电子数目增加

7、，超过从金属到半导体的电子数，形成一股从金属到半导体的正向电流，它是由n型半导体中多数载流子构成的。外加电压越高，势垒下降越多，正向电流越大。加反向电压时，势垒增高，从半导体到金属的电子数目减少，金属到半导体的电子流占优势，形成一股半导体到金属的反向电流。由于金属中的电子要越过相当高的势垒才能到达半导体中，因此反向电流是很小的。金属一边的势垒不随外加电压变化，所以从金属到半导体的电子流是恒定的。当反向电压提高，使半导体到金属的电子流可以忽略不计时，反向电流趋于饱和。以上的讨论说明这样的阻挡层具有类似pn结的伏—安特性，即有整流作用7.2.