半导体物理学第七章.ppt

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1、半导体中的电子状态半导体中杂质和缺陷能级半导体中载流子的统计分布半导体的导电性非平衡载流子pn结金属和半导体的接触半导体表面与MIS结构半导体异质结构半导体物理学chap7金属与半导体接触Metal-semiconductorContact制造半导体器件或研究半导体材料的性质；总要涉及到金－半接触如：1．器件内引线（集成电路各元件的互连线）2．外引线3．汞探针c-v测载流子浓度；四探针（钨丝）测电阻率金属－半导体接触类型：1.半导体为轻掺杂（一般），金－半接触表现为单向导电（具有整流作用），这种接触称为肖特基接触（

2、schottky-contact）（整流接触）应用：微波开关二极管；太阳能电池；整流器（面积大,功率大，作开关型稳压源）；chap7金属与半导体接触Metal-semiconductorContact；箝位二极管（用于集成电路“IC”，限制深饱和）（肖特基势垒二极管）2．半导体为重掺杂（），金－半接触表现为（正反向偏压）低阻特性。称欧姆接触（非整流接触）V-I特性对称。应用：器件引线（外引线及集成电路中的内线）两种接触的伏安特性：§7.1金属半导体接触及其能级图金属/半导体接触和肖特基势垒M/S接触（Contact

3、）为金属（M）与半导体（S）接触形成的基本结构，通常形成肖特基势垒(ShottkyBarrier)，其中肖特基势垒是M/S肖特基接触的主要特征。在特定的条件下M/S接触可形成欧姆（Ohmic）型接触。影响肖特基势垒的因素有：金属和半导体的功函数、金属感应的镜像电荷产生的镜像势、界面的陷阱态能级及其密度等欧姆接触，可为半导体器件之间的连接提供的低阻互连肖特基二极管，可作为整流结（肖特基势垒）器件使用M/S接触的形成M/S结构通常是通过在干净的半导体表面淀积金属而形成。利用金属硅化物（Silicide）技术可以优化和减

4、小接触电阻，有助于形成低电阻欧姆接触。★金属和半导体的功函数功函数:W=EVAC-EF,(EVAC--真空中静止电子的能量,亦记作E0)功函数给出了固体中EF处的电子逃逸到真空所需的最小能量.金属功函数Z关于功函数的几点说明: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②功函数与表面有关.③功函数是一个统计物理量对半导体,电子亲和能χ是固定的,功函数与掺杂有关图7-3表7-1半导体功函数与杂质浓度的关系♦n型半导体:WS=χ+(EC-EF)♦p型

5、半导体:WS=χ+[Eg-(EF-EV)]热平衡情形下M/S接触的能带图假设金属与半导体功函数差为：Wms，且一般情况下不为0。当金属和半导体形成接触时，如果二者的功函数不同（费米能级不等），则会发生载流子浓度和电势的再分布，形成肖特基势垒。通常会出现电子从功函数小（费米能级高）的材料流向功函数大的材料，直到两材料体内各点的费米能级相同（即Ef＝常数）为止。半导体体内载流子的再分布会形成载流子耗尽或积累，并在耗尽区或积累区发生能带弯曲，而在金属体内的载流子浓度和能带基本没有变化。★金属和半导体接触电势差一种典型情

6、况:讨论M/n型半导体,Wm>Ws(阻挡层）①接触电势差--为了补偿两者功函数之差,金属与半导体之间产生电势差:Vms=(Ws–Wm)/e♦当Wm>Ws,Vms<0(金属一边低电势)（反阻挡层）♦通常,可认为接触电势差全部降落于空间电荷区.②半导体一边的势垒高度:VD=∣Vms∣③表面势—半导体表面相对于体内的电势Vs=Vms④金属一边的势垒高度(肖特基势垒--SB):eΦSB=eΦns=Wm–χ♦常常选择ΦSB为描述金属/半导体接触势垒的基本物理量(ΦSB几乎与外加电压无关)★金属/半导体接触的几种情况对M/n型

7、半导体:♦Wm>Ws能带上弯--电子势垒空间电荷—电离施主♦WmWs电子势垒WmWs能带上弯--空穴势阱空间电荷—空穴积累♦WmWs空穴势阱§2金属半导体接触整流理论（肖特基二极管的偏置及其IV特性）★I-V特性的定性图象①定性图象--阻挡层的整流作用:(仍讨论M/n-S形成电子势垒)M/S接触是多子器件.对M/n-S形成的电子势

8、垒,其输运特性主要由电子决定.♦正向偏置,半导体一侧电子势垒降低,可形成较大的正向电流.♦反向偏置,半导体一侧电子势垒升高,反向电流很小.当反向偏置加大,反向电流可趋于饱和.图7-101938年，W.Schottky提出了基于整流二极管的理论，称为肖特基二极管理论。这一理论以金属和半导体功函数差为基础。要定量讨论I-V特性,必须讨论电子是怎样越过势垒的.两种