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1、第六章金屬和半導(dǎo)體的接觸Metal-SemiconductorContactByProf.Dr.JunZhuUESTC主要內(nèi)容（三大點(diǎn)，約10課時）：§1、金屬與半導(dǎo)體形成的肖持基接觸和歐姆接觸，阻擋層與反阻擋層的形成；§2、肖特基接觸的電流—電壓特性——擴(kuò)散理論和熱電子發(fā)射理論，即肖特基勢壘的定量特性；（詳細(xì)闡述）§3、歐姆接觸的特性。一、概述：1、在微電子和光電子器件中，半導(dǎo)體材料和金屬、半導(dǎo)體以及絕緣體的各種接觸是普遍存在的，如MOS器件、肖特基二極管、氣體傳感器等。薄膜技術(shù)及納米技術(shù)的發(fā)展，使
2、得界面接觸顯得更加重要。2、MESFET(metal-semiconductorfield-effecttransistor)具有與MOSFET相似的電流－電壓特性，但在器件的柵(gate)上電極部分利用金屬－半導(dǎo)體的整流接觸取代了MOSFET的MOS結(jié)構(gòu)；用歐姆接觸取代MOSFET的p-n結(jié)。3、第一個實(shí)際的半導(dǎo)體器件就是點(diǎn)接觸整流性的金半接觸，就是將細(xì)須狀金屬壓在半導(dǎo)體表面。從1904年起，該器件有許多不同的應(yīng)用。1938年，Schottky提出其整流作用，可能由半導(dǎo)體中穩(wěn)定的空間電荷區(qū)所產(chǎn)生的電
3、勢能差引起的，由此所建立的模型稱肖特基勢壘（Schottkybarrier).4、兩個要點(diǎn)：①功函數(shù)和禁帶寬度的不同金屬/半導(dǎo)體接觸能帶圖的變化；②肖特基接觸的整流特性即電流－電壓I-V特性。二、金屬和半導(dǎo)體的功函數(shù)Wm、Ws1、金屬的功函數(shù)Wm表示一個起始能量等于費(fèi)米能級的電子，由金屬內(nèi)部逸出到表面外的真空中所需要的最小能量。即：W?E?(E)m0FmE0E0為真空中電子的能量，Wm又稱為真空能級。(EF)m金屬銫Cs的功函數(shù)最低1.93eV，Pt最高為5.36eV2、半導(dǎo)體的功函數(shù)WsE0χWsE
4、cE0與費(fèi)米能級之差稱為半導(dǎo)體En的功函數(shù)。(EF)sEv即：W?E?(E)s0Fs用Χ表示從Ec到E0的能量間隔：??E?E0c稱χ為電子的親和能，它表示要使半導(dǎo)體導(dǎo)帶底的電子逸出體外所需要的最小能量。Note:和金屬不同的是，半導(dǎo)體的費(fèi)米能級隨雜質(zhì)濃度變化，所以，Ws也和雜質(zhì)濃度有關(guān)。①N型半導(dǎo)體：故常用親和能表征半導(dǎo)體Ws?????Ec??EF?s?????En式中：E?E?(E)ncFs②P型半導(dǎo)體：W?E?(E)???E?EsoFsgp式中：E?(E)?EpFsv3、金屬/半導(dǎo)體接觸半導(dǎo)體半
5、導(dǎo)體What?金屬金屬新的物理效應(yīng)能帶結(jié)構(gòu)發(fā)生變化和應(yīng)用三、金屬與半導(dǎo)體的接觸及接觸電勢差1.阻擋層接觸（1）設(shè)想有一塊金屬和一塊n型半導(dǎo)體，并假定金屬的功函數(shù)大于半導(dǎo)體的功函數(shù)，即：Wm?WsE0W?sWmEEc即半導(dǎo)體的費(fèi)米能EnEFsEFmFs高于金屬的費(fèi)米能EFm金屬的傳導(dǎo)電子的濃度E2223-3v很高，10～10cm半導(dǎo)體載流子的濃度比金屬n半導(dǎo)體較低，1010～1019cm-3金屬半導(dǎo)體接觸前后能帶圖的變化：E0E0接觸后WWs?mEcEFsq?qVDEEFmmcEEFF在半導(dǎo)體內(nèi)，電接觸
6、前場從右到左，越Ev靠左，電子動能xd越小，勢能越高Ev接觸前，半導(dǎo)體的費(fèi)米能級高于金屬（相對于真空接觸后，金屬和半導(dǎo)體的費(fèi)能級），所以半導(dǎo)體導(dǎo)帶米能級應(yīng)該在同一水平，半的電子有向金屬流動的可導(dǎo)體的導(dǎo)帶電子必然要流向能金屬，而達(dá)到統(tǒng)一的費(fèi)米能在接觸開始時，金屬和半導(dǎo)體的間距大于原子的間距，在兩類材料的表面形成電勢差Vms。W?W接觸電勢差：‘smV?V?V?msmsq緊密接觸后，電荷的流動使得在半導(dǎo)體表面相當(dāng)厚的一層形成正的空間電荷區(qū)?？臻g電荷區(qū)形成電場，其電場在界面處造成能帶彎曲，使得半導(dǎo)體表面和內(nèi)
7、部存在電勢差，即表面勢Vs。接觸電勢差分降在空間電荷區(qū)和金屬與半導(dǎo)體表面之間。但當(dāng)忽略接觸間隙時，電勢主要降在空間電荷區(qū)?，F(xiàn)在考慮忽略間隙中的電勢差時的極限情形:半導(dǎo)體一邊的勢壘高度為：qV??qV?W?WDsms電場Eq?qVD半導(dǎo)體體內(nèi)電場為零，在空mEc間電荷區(qū)電場方向由內(nèi)向外，EF半導(dǎo)體表面勢V＜0sE金屬一邊的勢壘高度為：vq??qV?E??qV?EmnDnsn?W?W?E?W??msnm所以：金屬與N型半導(dǎo)體接觸時電場，若Wm>Ws，即半導(dǎo)體Eq?qVD的費(fèi)米能級高于金屬，電mEc子向金屬
8、流動，穩(wěn)定時系EF統(tǒng)費(fèi)米能級統(tǒng)一，在半導(dǎo)體表面一層形成正的空間Ev電荷區(qū)，能帶向上彎曲，形成電子的表面勢壘。在勢壘區(qū)，空間電荷主要由電離施主形成，電子濃度比體內(nèi)小得多，是一個高阻區(qū)域，稱為阻擋層。界面處的勢壘通常稱為肖特基勢壘。（2）金屬－p型半導(dǎo)體接觸的阻擋層金屬與P型半導(dǎo)體接觸時，若Wm
