最新第4章-金属半导体结教学讲义ppt课件.ppt

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1、第4章-金属半导体结引言金属-半导体结器件是应用于电子学的最古老的固态器件。1874年，布朗（Brawn）就提出了金属与硫化铅晶体接触具有不对称的导电特性。1906年，皮卡德（Pickard）获得了硅点接触整流器专利。1907年，皮尔斯（Pierce）提出，在各种半导体上溅射金属可以制成整流二极管。引言二十年代，出现钨-硫化铅点接触整流器和氧化亚铜整硫器。1931年，肖特基(Schottky)等人提出M-S接触处可能存在某种“势垒”的想法。1932年，威尔逊（Wilson）等用量子理论的隧道效应和势垒的概念解释了M-S接触的整流效应。

2、1938年，肖特基和莫特（Mott）各自独立提出电子以漂移和扩散方式越过势垒观点。塔姆（Tamm）提出表面态概念。4.1肖特基势垒一、肖特基势垒形成（考虑金属与N型半导体）－半导体功函数－金属功函数－半导体电子亲和势假设半导体表面没有表面态，能带直到表面平直。自建电势差肖特基势垒高度（4-1）（4-3）（4-4）（4-2）4.1肖特基势垒二、加偏压肖特基势垒(小结4)正偏压：半导体上相对于金属加负电压,半导体-金属之间电势差减少为，变成.反偏压：半导体上加正电压,势垒提高到图4-2肖特基势垒的能带图（a）未加偏压（b）加有正向偏压（c

3、）加有反向偏压4.1肖特基势垒均匀掺杂半导体，空间电荷区宽度(类似)（4-5）结电容（4-6）（4-7）4.1肖特基势垒与P-N结情形一样，给出与关系曲线,得直线关系,可以计算出自建电势和半导体的掺杂浓度。图4-3钨硅和钨砷化镓的二极管1/C2与外加电压的对应关系钨砷化镓钨硅4.1肖特基势垒例题：从图4-3计算硅肖特基二极管的施主浓度、自建电势和势垒高度。解利用（4-7）式图4-3中电容按单位面积表示，。求得4.1肖特基势垒从图4-34.1肖特基势垒小结金属-半导体接触出现两个最重要的效应：整流效应和欧姆效应。前者称整流接触，

4、又叫做整流结。后者称欧姆接触，又叫做非整流结。热平衡情况下肖特基势垒能带图。半导体空间电荷层自建电势肖特基势垒高度4.1肖特基势垒小结4.加偏压的肖特基势垒能带图与单边突变PN结类似.正偏压下半导体一边势垒的降低使得半导体中的电子更易于移向金属，能够流过大的电流。在反向偏压条件下，半导体一边势垒被提高。被提高的势垒阻挡电子由半导体向金属渡越。流过的电流很小。这说明肖特基势垒具有单向导电性即整流特性。5.由于金属中具有大量的电子，空间电荷区很薄，因此加偏压的的肖特基势垒能带图中几乎不变。6.解Poisson方程可得肖特基势垒的空间电荷区

5、宽度4.1肖特基势垒小结7.肖特基势垒结电容8.与单边突变PN结公式相同,与P-N结情形一样，可由与的关系曲线求出自建电势和半导体的掺杂情况。4.1肖特基势垒教学要求了解金属—半导体接触出现两个最重要的效应.画出热平衡情况下的肖特基势垒能带图。掌握公式4.1肖特基势垒教学要求画出加偏压的的肖特基势垒能带图，根据能带图解释肖特基势垒二极管的整流特性为什么偏压情况下不变？由与的关系曲线求自建电势和半导体掺杂。作业：4.1、4.2、4.3、4.4、4.5、4.2界面态对势垒高度影响第四章金属—半导体结4.2界面态对势垒高度的影响4-4被表面

6、态钳制的费米能级4.2界面态对势垒高度的影响实际的肖特基二极管中，在界面处,晶格的断裂产生大量能量状态，称为界面态或表面态，位于禁带内。4.2界面态对势垒高度的影响界面态常按能量连续分布，用中性能级表征。如被占据的界面态高达，而以上空着，则这时的表面为电中性。也就是说，当以下的状态空着时，表面荷正电，类似施主的作用；当以上的状态被占据时，表面荷负电，类似受主的作用。若与费米能级对准，则净表面电荷为零。4.2界面态对势垒高度的影响实际接触中，，界面态的净电荷为正，类似施主。这些正电荷和金属表面的负电荷所形成的电场在金属和半导体之间的微小

7、间隙中产生电势差，所以耗尽层内需要较少的电离施主以达到平衡。结果，自建电势被显著降低,（图4-4a），且势垒高度也被降低，更小的使更近。4.2界面态对势垒高度的影响类似，若，则在界面态中有负电荷，并使增加，使和接近（图4-4b）。因此，界面态的电荷具有负反馈效应，它趋向于使和接近。若界面态密度很大,则费米能级实际上被钳位在（称为费米能级钉扎效应），而变成与金属和半导体的功函数无关。4.2界面态对势垒高度的影响多数实用的肖特基势垒中，界面态在决定数值当中处于支配地位，势垒高度基本上与两个功函数差以及半导体中的掺杂度无关。实验观测到的势垒

8、高度,表4-1,发现大多数半导体的能量在离开价带边附近。4.2界面态对势垒高度的影响表4-1以电子伏特为单位的N型半导体上的肖特基势垒高度4.3镜像力对势垒高度的影响第四章金属-半导体结4.3镜像力对势垒高度的影响一、镜