第七章-金属和半导体的接触ppt课件.ppt

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1、第七章金属和半导体的接触Metal-SemiconductorContact.1、金属与半导体形成的肖持基接触和欧姆接触，阻挡层与反阻挡层的形成；2、肖特基接触的电流—电压特性——扩散理论和热电子发射理论，即肖特基势垒的定量特性；（详细阐述）3、欧姆接触的特性。主要内容（三大点，约10课时）：.2、MESFET(metal-semiconductorfield-effecttransistor)具有与MOSFET相似的电流－电压特性，但在器件的栅(gate)上电极部分利用金属－半导体的整流接触取代了MOSFET的MOS结构；用欧姆接触取代MOSFET的p-n结。§7.1金属-半导体接

2、触和能级图一、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。.3、第一个实际的半导体器件就是点接触整流性的金半接触，就是将细须状金属压在半导体表面。从1904年起，该器件有许多不同的应用。1938年，Schottky提出其整流作用，可能由半导体中稳定的空间电荷区所产生的电势能差引起的，由此所建立的模型称肖特基势垒（Schottkybarrier).4、两个要点：①功函数和禁带宽度的不同金属/半导体接触能带图的变化；②肖特基接触的整流特性即电流－电

3、压I-V特性。.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)mWmE0为真空中静止电子的能量，又称为真空能级。金属铯Cs的功函数最低1.93eV，Pt最高为5.36eV.2、半导体的功函数WsE0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)sEvE0χWsEn.①N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

4、质浓度有关。Ec(EF)sEvE0χWsEn.半导体金属半导体金属What?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.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半导体的功函数，即：（1）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

5、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

6、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，在半导体表面一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。.金属与P型半导体接触时，若Wm

7、金属－p型半导体接触的阻挡层在半导体的势垒区，空间电荷主要由负的电离受主形成，其多子空穴浓度比体内小得多，也是一个高阻区域，形成空穴阻挡层。.金属和p型半导体Wm