第七章固态电子.ppt

作业题 1.什么是功函数？哪些因数影响了半导体的功函数？什么是接触势差？ 2.什么是整流接触？形成整流接触的方法有几种？试根据能带图分别加以分析。 3.分别分析n型和p型半导体形成阻挡层和反阻挡层的条件。 平衡时，如果接触面处有 此时若有外加电压，p(0)将超过n0，则空穴电流的贡献就很重要了。 加正向电压时，少数载流子电流与总电流值比称为少数载流子的注入比，用γ表示。 7.2金属与半导体接触的电流－电压特性7.2.2少数载流子的注入 7.2金属与半导体接触的电流－电压特性7.2.2少数载流子的注入 加正电压时，势垒两边界处的电子浓度将保持平衡值，而空穴在阻挡层内界形成积累，然后再依靠扩散运动继续进入半导体内部。 对n型阻挡层而言 7.2金属与半导体接触的电流－电压特性7.2.3欧姆接触 定义 不产生明显的附加阻抗，而且不会使半导体内部的平衡载流子浓度发生显著的变化。 实现 反阻挡层没有整流作用，但由于常见半导体材料一般都有很高的表面态密度，因此很难用选择金属材料的办法来获得欧姆接触。 隧道效应： 重掺杂的半导体与金属接触时，则势垒宽度 变得很薄，电子通过隧道效应贯穿势垒产生 大隧道电流，甚至超过热电子发射电流而成 为电流的主要成分，即可形成接近理想的欧 姆接触。 7.2金属与半导体接触的电流－电压特性7.2.3欧姆接触 接触电阻：零偏压下的微分电阻 把导带底Ec选作电势能的零点，可得 7.2金属与半导体接触的电流－电压特性7.2.3欧姆接触 电子的势垒为 令y=d0-x，则 7.2金属与半导体接触的电流－电压特性7.2.3欧姆接触 根据量子力学中的结论，x=d0处导带底电子通过隧道效应贯穿势垒的隧道概率为 有外加电压时，势垒宽度为d，表面势为[(Vs)0+V]，则隧道概率 7.2金属与半导体接触的电流－电压特性7.2.3欧姆接触 隧道电流与隧道概率成正比 进而可得到 7.2金属与半导体接触的电流－电压特性7.2.3欧姆接触 例题 施主浓度为7.0×1016cm-3的n型Si与Al形成金属与半导体接触，Al的功函数为4.30eV，Si的电子亲和能为4.05eV，试画出理想情况下金属-半导体接触的能带图并标明半导体表面势的数值。 第7章 金属和半导体的接触 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 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 关于功函数的几点说明: ① 对金属而言, 功函数Wm可看作是固定的. 功函数Wm标志了电子在金属中被束缚的程度. 对半导体而言, 功函数与掺杂有关 ② 功函数与表面有关. ③ 功函数是一个统计物理量 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 对半导体，电子亲和能χ是固定的，功函数与掺杂有关 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 半导体功函数与杂质浓度的关系（见表7-1 ） ? n型半导体: WS=χ+(EC-EF) ? p型半导体: WS=χ+[Eg-(EF-EV)] 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 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 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 若WmWs，半导体表面形成正的空间电荷区，电场由体内指向表面，Vs0。 7.1 金属半导体接触及其能级图7.1.2 接触电势差 阻挡层 反阻挡层 7.1 金属半导体接触及其能级图7.1.2 接触电势差 若WmWs，半导体表面形成负的空间电荷区，电场由表面指向体内，Vs0。 反阻挡层 阻挡层 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 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。表面态在半导体表面禁带中呈现一定分布，表面处存在一个距离价带顶为qФ0的能级。电子正好填满qФ0以下所有的表面态时，表面呈电中性。若qФ0以下表面态为空，表面带正电，呈现施主型；qФ0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，qФ0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q