第七章-金属和半导体的接触.ppt

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1、第七章金属和半导体的接触Metal-SemiconductorContact§7.1金属-半导体接触及其能带图一、概述：1、在微电子和光电子器件中，半导体材料和金属、半导体以及绝缘体的各种接触是普遍存在的，如MOS器件、肖特基二极管、气体传感器等。薄膜技术及纳米技术的发展，使得界面接触显得更加重要。二、金属和半导体的功函数Wm、Ws1、金属的功函数Wm表示一个起始能量等于费米能级的电子，由金属内部逸出到表面外的真空中所需要的最小能量。E0(EF)mWm功函数大小标致电子在金属中被束缚的强弱2、半导体的功函数WsE0

2、与费米能级之差称为半导体的功函数。用Χ表示从Ec到E0的能量间隔：称χ为电子的亲和能，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。Ec(EF)sEvE0χWsEn①N型半导体：式中：②P型半导体：式中：Note:和金属不同的是，半导体的费米能级随杂质浓度变化，所以，Ws也和杂质浓度有关。故常用亲和能表征半导体半导体金属半导体金属能带结构发生变化新的物理效应和应用3、金属/半导体接触(理想接触）三、金属与半导体的接触及接触电势差1.阻挡层接触金属n半导体设想有一块金属和一块n型半导体，并假定金属的功函数大于

3、半导体的功函数，即：即半导体的费米能EFs高于金属的费米能EFm金属的传导电子的浓度很高，1022～1023cm-3半导体载流子的浓度比较低，1010～1019cm-3金属半导体接触前后能带图的变化：接触后，金属和半导体的费米能级应该在同一水平，半导体的导带电子必然要流向金属，而达到统一的费米能接触前，半导体的费米能级高于金属（相对于真空能级），所以半导体导带的电子有向金属流动的可能WmEFmWsE0EcEFsEv接触前接触后qVDEFEFEvEcxdE0在接触开始时，金属和半导体的间距大于原子的间距，在两类材料的

4、表面形成电势差Vms。接触电势差：紧密接触后，电荷的流动使得在半导体表面相当厚的一层形成正的空间电荷区。空间电荷区形成电场，其电场在界面处造成能带弯曲，使得半导体表面和内部存在电势差，即表面势Vs。接触电势差分降在空间电荷区和金属与半导体表面之间。但当忽略接触间隙时，电势主要降在空间电荷区。现在考虑忽略间隙中的电势差时的极限情形:半导体一边的势垒高度为：金属一边的势垒高度为：半导体体内电场为零，在空间电荷区电场方向由内向外，半导体表面势Vs＜0EFEvqVDEcE电场在势垒区，空间电荷主要由电离施主形成，电子浓度比

5、体内小得多，是一个高阻区域，称为阻挡层。界面处的势垒通常称为肖特基势垒。EFEvqVDEcE电场所以：金属与N型半导体接触时，若Wm>Ws，即半导体的费米能级高于金属，电子向金属流动，稳定时系统费米能级统一，在半导体表面层形成正的空间电荷区，能带向上弯曲，形成电子的表面势垒。2.反阻挡层接触设想有一块金属和一块n型半导体，并假定金属的功函数小于半导体的功函数，即：即半导体的费米能EFs低于金属的费米能EFm金属和半导体接触时，电子将从金属流向半导体，在半导体表面形成负的空间电荷区，电场方向由表面指向体内，Vs>0,

6、能带向下弯曲。在表面的空间电荷区，电子浓度高于体内，高电导区，称为反阻挡层。金属与P型半导体接触时，若Wm

7、度是：qVD=Ws-Wm金属－p型半导体接触的反阻挡层金属与P型半导体接触时，若Wm>Ws，即金属的费米能级比半导体的费米能级低，半导体的电子流向金属，使得金属表面带负电，半导体表面带正电，半导体表面能带向上弯曲。在半导体表面的多子（空穴）浓度较大，高电导区，形成反阻挡层。3、金属－半导体接触的阻挡层所谓阻挡层，在半导体的势垒区，形成的空间电荷区，它主要由正的电离施主杂质或负的电离受主形成，其多子电子或空穴浓度比体内小得多，是一个高阻区域，在这个区域能带向上或向下弯曲形成电子或空穴的阻挡。金属与N型半导体，Wm>W

8、s金属与P型半导体,Wm