-金属和半导体的接触.ppt

第 七 章 ;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。 ;2、MESFET( metal-semiconductor field-effect transistor) 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。;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。;二、金属和半导体的功函数Wm 、Ws;2、半导体的功函数Ws;① N型半导体：;;三、金属与半导体的接触及接触电势差;金属半导体接触前后能带图的变化：;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。;现在考虑忽略间隙中的电势差时的极限情形:;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。;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高，半导体的多子空穴流向金属，使得金属表面带正电，半导体表面带负电，半导体表面能带向下弯曲，形成空穴的表面势垒。;金属和p型半导体Wm<Ws 空穴阻挡层;半导体一边的势垒高度是：qVD=Ws-Wm;2. 反阻挡层接触;Wm;（2）金属与P型半导体接触;;表面态就是局域在表面附近的新电子态。它的存 在导致表面能级的产生。 表面能级：与表面态相应的能级称为表面能级。;1、对于同一种半导体材料，亲和能χ将保持不 变，如用不同的金属相连形成接触，根据公式 ：;实验表明，金半接触时的势垒高度受金属功函数 的影响很小。这是由于半导体表面存在表面态造 成的。;① 电子刚好填满EFS0 以下的所有表面态时，则 表面呈电中性,表面态局域电子的特性。 当EFS0 以下的表面态空着时，即没有被电子占据 时，表面呈正电，为施主型； ② EFS0上面表面态被电子占据时，半导体表面为 负电，是受主型。;设一个n型半导体的表面存在表面态。半导???的费米能级EF 高于表面能级Efs，如果Efs以上存在受主表面态，则会导致如下效应：（接触前后）;半导体体内与表面电子态交换电子，在EF和Efs之 间的能级基本被电子填满，表面带负电，所以半 导体表面附近会出现正电荷，形成正的空间电荷 区，形成电子的势垒，即不和金属接触也形成电 子势垒。;不存在表面态时，Ws=χ+En， 存在表面态时，功函数要有相应的改变，加上qVD=EF0-EFs0的效应。;2、金属与半导体接触后;所以，半导体表面态密度很高时，它可以屏蔽金属接触的影响，使得半导体内部的势垒高度和金属的功函数无关，基本上由半导体表面的性质决定，接触势差全部降落在两个表面之间，实际上，影响的程度由表面态密度不同而决定。;§.2 金-半接触整流理论;金属与N型半导体接触时，若Wm>Ws，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，称为电子阻挡层。;在紧密接触的金半之间加上电压时，电流的行为 会发生不同的响应。势垒高度为：;①加上正向电压在n型阻挡层(金属一边为正)时：;进一步增加正向电压：;对于n型阻挡层，即金属和n型半导体在Wm＞ Ws时，表面势为负的值，当在金属上加正向电压即V大于0，使得电子的势垒高度减低，多子电子从半导体流向金属的数目变多，并随电压增加而变得越大，即从金属流向半导体的正向电流变大。;②加上反向电压（金属一边为负）时：;电流为：;正向电流都是多子空穴从半导体流向金属; ;简化模型：势垒高度qVD》k0T时，势垒区内 的载流子浓度～0 耗尽区;① 求电势在半导体中的分布：;半导体内部 电场为零;当加上外加电压V在金属上:;当表面势外加电压V和表面势同号都为负值时，势垒高度提高、宽度变大。这种依赖于外加电压的势垒称Schottky势垒。;② 求通过势垒的电流密度：;爱因斯坦 关系;得到如下式：;用耗尽层近似求积分→J;把上式和xd的表达式代入（式－11），可得到 电流密度为：;其中，;金半接触伏安特性;（2）热电子发射理论;规定电流的正方向是从金属到半导体;考虑非简并半导体的情况,分布函数为 Boltzmann分布：;.;;;② Jm→s时（反向电流）;Φns是金属一边的电子势垒;④ 讨论：;定义：金/半接触的非整流接触，即不产生明显的附加电阻，不会使半导体体内的平衡载流子浓度发生明显的改变。;半导体重掺杂导致