《金屬半導(dǎo)體接觸》PPT課件

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1、第八章金屬和半導(dǎo)體的接觸§８.1金屬半導(dǎo)體接觸及能級(jí)圖1.金屬和半導(dǎo)體的功函數(shù)金屬功函數(shù):真空中靜止電子的能量(真空能級(jí)）E0與金屬的EF能量之差，即Wm表示一個(gè)能量等于費(fèi)米能級(jí)的電子，由金屬內(nèi)部逸出到真空中所需要的能量最小值。金屬中的電子勢(shì)阱EFWm越大,金屬對(duì)電子的束縛越強(qiáng)半導(dǎo)體功函數(shù):真空中靜止電子的能量（真空能級(jí)）E0與半導(dǎo)體的EF能量之差，即Ws與雜質(zhì)濃度有關(guān)E0ECEFEV?Ws電子的親合能2.金屬和半導(dǎo)體的接觸電勢(shì)差(a)接觸前半導(dǎo)體的功函數(shù)又寫(xiě)為Ev?Ws金屬真空能級(jí)＝半導(dǎo)體真空能級(jí)（b

2、）間隙很大(D>原子間距)D?金屬表面負(fù)電半導(dǎo)體表面正電Vm:金屬的電勢(shì)Vs?:半導(dǎo)體的電勢(shì)金屬真空能級(jí)?半導(dǎo)體真空能級(jí)平衡時(shí),無(wú)電子的凈流動(dòng).相對(duì)于(EF)m,半導(dǎo)體的(EF)s下降了接觸電勢(shì)差Vms:金屬和半導(dǎo)體接觸而產(chǎn)生的電勢(shì)差Vms.（c）緊密接觸?半導(dǎo)體表面有空間電荷區(qū)?空間電荷區(qū)內(nèi)有電場(chǎng)?電場(chǎng)造成能帶彎曲因表面勢(shì)Vs<0?能帶向上彎曲?E+_qVD接觸電勢(shì)差一部分降落在空間電荷區(qū),另一部分降落在金屬和半導(dǎo)體表面之間若D?原子間距,電子可自由穿過(guò)間隙,Vms?0,則接觸電勢(shì)差大部分降落在空間電

3、荷區(qū)（d）忽略間隙qVD金屬一邊的勢(shì)壘高度qVD半導(dǎo)體一邊的勢(shì)壘高度半導(dǎo)體一邊的勢(shì)壘高度金屬一邊的勢(shì)壘高度?半導(dǎo)體表面形成一個(gè)正的空間電荷區(qū)?電場(chǎng)方向由體內(nèi)指向表面(Vs<0)?半導(dǎo)體表面電子的能量高于體內(nèi)的，能帶向上彎曲，即形成表面勢(shì)壘當(dāng)金屬與n型半導(dǎo)體接觸Wm>Ws在勢(shì)壘區(qū)中，空間電荷主要由電離施主形成，電子濃度要比體內(nèi)小得多，因此它是一個(gè)高阻的區(qū)域，常稱為阻擋層。Wm0)?半導(dǎo)體表面電子的能量低于體內(nèi)的，

4、能帶向下彎曲在空間電荷區(qū)中，電子濃度要比體內(nèi)大得多，因此它是一個(gè)高電導(dǎo)的區(qū)域，稱為反阻擋層。EcEvEFWs-Wm?-Wm金屬和n型半導(dǎo)體接觸能帶圖(WmWs)EcEv(b)Wm?EcEv(a)形成n型和p型阻擋層的條件Wm>WsWm

5、表面態(tài)對(duì)接觸勢(shì)壘的影響金屬和n半導(dǎo)體接觸時(shí),形成的金屬的勢(shì)壘高度同一半導(dǎo)體,?不變.q?ns應(yīng)隨Wm而變???事實(shí)上,由于半導(dǎo)體表面態(tài)的存在,Wm對(duì)q?ns的影響不大?。?！施主表面態(tài)和受主表面態(tài)，在半導(dǎo)體表面禁帶中形成一定的分布，存在一個(gè)距價(jià)帶頂為q?0的能級(jí)對(duì)多數(shù)半導(dǎo)體，q?0?1/3Eg?電子填滿q?0以下所有表面態(tài)時(shí)，表面電中性q?0以下的表面態(tài)空著時(shí)，表面帶正電，呈現(xiàn)施主型?q?0以上的表面態(tài)被電子填充時(shí)，表面帶負(fù)電，呈現(xiàn)受主型存在受主表面態(tài)時(shí)n型半導(dǎo)體的能帶圖EFq?nsWsq?0qVDEVE

6、C表面帶負(fù)電正空間電荷區(qū)若表面態(tài)密度很大，只要EF比q?0高一點(diǎn)，表面上就會(huì)積累很多負(fù)電荷，能帶上彎存在高受主表面態(tài)密度時(shí)，n型半導(dǎo)體的能帶圖q?nsWsq?0EnEFEVEc高表面態(tài)密度時(shí)，勢(shì)壘高度(沒(méi)接觸）勢(shì)壘高度稱為被高表面態(tài)密度釘扎無(wú)表面態(tài)，半導(dǎo)體的功函數(shù)有表面態(tài)，即使不與金屬接觸，表面也形成勢(shì)壘，半導(dǎo)體的功函數(shù)（形成電子勢(shì)壘時(shí)）表面態(tài)密度很高時(shí)（無(wú)接觸）費(fèi)米能級(jí)釘扎效應(yīng)：在半導(dǎo)體表面，費(fèi)米能級(jí)的位置由表面態(tài)決定，而與半導(dǎo)體摻雜濃度無(wú)關(guān)的現(xiàn)象。表面受主態(tài)密度很高的n型半導(dǎo)體與金屬接觸能帶圖(a)

7、接觸前E0Wm(EF)mq?ns(EF)sECqVD(省略表面態(tài)能級(jí)）金和半接觸時(shí),當(dāng)半導(dǎo)體的表面態(tài)密度很高時(shí)?電子從半導(dǎo)體流向金屬?這些電子由受主表面態(tài)提供?平衡時(shí)，費(fèi)米能級(jí)達(dá)同一水平Wm(EF)sECqVDWm-Ws(b)緊密接觸空間電荷區(qū)的正電荷＝表面受主態(tài)上的負(fù)電荷＋金屬表面負(fù)電荷表面受主態(tài)密度很高的n型半導(dǎo)體與金屬接觸能帶圖(c)極限情形(EF)sECq?ns半導(dǎo)體勢(shì)壘高度（沒(méi)接觸）?半導(dǎo)體內(nèi)的表面勢(shì)壘qVD在接觸前后不變因表面態(tài)密度很高，表面態(tài)中跑掉部分電子后，表面能級(jí)q?0的位置基本不變由

8、于半導(dǎo)體表面態(tài)的存在,Wm對(duì)q?ns的影響不大勢(shì)壘高度金屬和p型半導(dǎo)體接觸時(shí)情形類似?金－半接觸的的勢(shì)壘高度與金屬的功函數(shù)無(wú)關(guān)?勢(shì)壘高度只取決于表面能級(jí)的位置當(dāng)表面態(tài)起主要作用時(shí)表面態(tài)密度不同，緊密接觸時(shí)，接觸電勢(shì)差有一部分要降落在半導(dǎo)體表面以內(nèi)，金屬功函數(shù)對(duì)表面勢(shì)壘將產(chǎn)生不同程度的影響，但影響不大。但是§８.2金屬半導(dǎo)體接觸（阻擋層）整流理論金－n型半接觸，Wm>Ws時(shí)，在半導(dǎo)體表面形成一個(gè)高阻區(qū)域，叫阻擋層有外加V時(shí)，表面勢(shì)為(Vs)0