半导体物理3(第七章).ppt

* * 第7章 金属和半导体的接触 本章重点阐述金属和半导体接触时在接触面附近产生的新的结构，这种新的结构具有整流效应，并介绍了少数载流子注入、欧姆接触等相关概念。 7.1 金属半导体接触及其能级图7.1.1 金属和半导体的功函数 金属功函数 金属功函数随原子序数的递增呈现周期性变化，功函数的大小显示出金属中电子离开金属表面成为自由电子的难以程度，功函数大的金属稳定性也较强。 半导体功函数 电子亲和能 故 其中 7.1 金属半导体接触及其能级图7.1.1 金属和半导体的功函数 7.1 金属半导体接触及其能级图7.1.2 接触电势差 金属与n型半导体接触为例（WmWs） 接触前 7.1 金属半导体接触及其能级图7.1.2 接触电势差 金属和半导体间距离D远大于原子间距，电势差主要落在界面间隙中。 Vms是由于接触而产生的电 势差，称为接触电势差。 ++++++ - - - - - =WM-WS 半导体表面出现空间电荷区 7.1 金属半导体接触及其能级图7.1.2 接触电势差 随着D的减小，电势差同时落在两界面间及半导体表面的空间电荷区内。 VS是半导体表面与内部之间存在的电势差，即为表面势。 半导体表面出现空间电荷区 电场 7.1 金属半导体接触及其能级图7.1.2 接触电势差 若D小到可以与原子间距相比较，电势差全部落在半导体表面的空间电荷区内。 电场 =-qVS VS0 金属和n型半导体接触（WmWs——n型阻挡层） 7.1 金属半导体接触及其能级图7.1.2 接触电势差 E ①空间电荷区 ②电场及表面势 ③能带情况 ④接触类型 电场 VS0 7.1 金属半导体接触及其能级图7.1.2 接触电势差 金属和n型半导体接触（WmWs——n型反阻挡层） 电场 VS0 7.1 金属半导体接触及其能级图7.1.2 接触电势差 金属和p型半导体接触（WsWm——p型阻挡层） 电场 VS0 7.1 金属半导体接触及其能级图7.1.2 接触电势差 金属和p型半导体接触（WmWs——p型反阻挡层） 电场 VS0 7.1 金属半导体接触及其能级图7.1.3表面态对接触电势的影响 从前面的推导可以看出，金属一侧的势垒高度 应当随不同金属而变化 实验表明：不同金属的功函数虽然相差很大，但与半导体接触时形成的势垒高度却相差很小。 原因：半导体表面存在表面态。 表面态分为施主型和受主型。表面能级在半导体表面禁带中呈现一定分布，表面处存在一个靠近价带顶的EFS0能级。电子正好填满EFS0以下所有的表面态时，表面呈电中性，若EFS0以下表面态为空，表面带正电，呈现施主型； EFS0以上表面态被电子填充，表面带负电，呈现受主型。对于大多数半导体， EFS0越为禁带宽度的三分之一。 7.1 金属半导体接触及其能级图7.1.3表面态对接触电势的影响 若n型半导体存在表面态，费米能级高于EFS0 ，表面态为受主型带负电，表面处须出现正的空间电荷区与之对于，形成电子势垒。 当表面态密度较大时，表面处费米能级很接近EFS0，势垒高度qVD恰好使表面态上的负电荷与势垒区的正电荷相等。 7.1 金属半导体接触及其能级图7.1.3表面态对接触电势的影响 存在表面态时，当与金属接触（仍假设金属功函数大的情况），电子会由半导体流向金属，但电子不是来自半导体体内，而是由受主型表面态供给。若表面态积累的负电荷足够多时，平衡时，半导体表面的正电荷等于表面态上剩余的负电荷与金属表面负电荷之和，半导体表面势垒高度几乎不变。 因此，当半导体的表面态密度很高时，可以屏蔽金属接触的影响，使半导体内的势垒高度和金属的功函数几乎无关，而由半导体表面性质决定。 7.1 金属半导体接触及其能级图7.1.3表面态对接触电势的影响 7.2 金属半导体接触整流理论7.2.1 金属半导体接触整流特性 电导的非对称性（整流特性） 在某一方向电压作用下的电导与反方向电 压作用下的电导相差悬殊的器件特性 首要条件：金属-半导体接触时，必须形成半导体表面的阻挡层（形成多子的势垒） 7.2 金属半导体接触整流理论7.2.1 金属半导体接触整流特性 （1）V=0 半导体接触表面能带向上弯，形成n型阻挡层，阻挡层由电离施主组成，载流子浓度较低。当阻挡层无外加电压作用，从半导体流向金属的电子与从金属流向半导体的电子数量相等，处于动态平衡，因而没有净的电子流流过阻挡层。 内电场方向 7.2 金属半导体接触整流理论7.2.1 金属半导体接触整流特性 （2）V0 若金属接电源正极，n型半