第四章MS结课件.ppt

4.3镜像力对势垒高度的影响 教学要求 什么是肖特基效应？解释肖特基效应的物理机制。 根据总能量公式和图4.5c解释肖特基效应。 计算肖特基势垒的降低和总能量最大值发生的位置。 作业：4.8、4.9 4.4肖特基势垒二极管的电流电压特性 4.4肖特基势垒二极管的电流电压特性 热电子和热载流子二极管：当电子来到势垒顶上向金属发射时，它们的能量比金属电子高出约 。进入金属之后它们在金属中碰撞以给出这份多余的能量之前，由于它们的等效温度高于金属中的电子，因而把这些电子看成是热的。由于这个缘故，肖特基势垒二极管有时被称为热载流子二极管。这些载流子在很短的时间内就会和金 属电子达到平衡，这个时间一般情况小于 一、空间电荷区中载流子浓度的变化 对于非简并化情况，导带电子浓度和价带空穴浓度为 （4-14） 4.4肖特基势垒二极管的电流电压特性 设半导体内本征费米能级为 ，热平衡时半导体内部的载流子浓度为 表面空间电荷区内，本征费米能级为 则空间电荷区中载流子浓度为 （4-15） （4-16） （4-17） （4-18） 4.4肖特基势垒二极管的电流电压特性 在半导体与金属界面处 称为表面势。 取半导体内为电势零点，则表面势 =- 二、电流－电压特性〔李查德－杜师曼（Richardson-dushman）方程〕 在 M-S 界面 （4-19） （4-20） 4.4肖特基势垒二极管的电流电压特性 （4-21） （4-22） 即 当有外加电压 时 （4-23） 4.4肖特基势垒二极管的电流电压特性 由气体动力论，单位时间入射到单位面积上的电子数即进入金属的电子数为 式中 为热电子的平均热运动速度， 为电子有效质量。 于是电子从半导体越过势垒向金属发射所形成的电流密度为 与此同时电子从金属向半导体中发射的电流密度为 （4-24） （4-25） 4.4肖特基势垒二极管的电流电压特性 总电流密度为 导带有效状态密度为 ，代入 、 ，得到热电子发射理论 的电流—电压关系 （4-27） （4-26） 4.4肖特基势垒二极管的电流电压特性 其中 称为有效里查森常数，它是在电子向真空中发射时的里查森常数中，用半导体 电子的有效质量代替自由电子质量而得到的。代入有关常数，最后得到 的单位为 ，其数值依赖于有效质量，对于N型硅和P型硅，分别为 110和32；对于N型和P型 ，分别为8和74。 （4-28） （4-29） （4-30） 4.4肖特基势垒二极管的电流电压特性 其中 称为有效里查逊常数，它是在电子向真空中发射时的里查逊常数中，用半导体 电子的有效质量代替自由电子质量而得到的。代入有关常数，最后得到 的单位为 ，其数值依赖于有效质量，对于N型硅和P型硅，分别为 110和32；对于N型和P型 ，分别为8和74。 （4-27） （4-28） （4-30） 4.4肖特基势垒二极管的电流电压特性 当肖特基势垒被施加反向偏压 时，将（4-24）式中的 换成 即可得到反向偏压下 的电流—电压关系。于是， 结在正反两种偏压下的电流—电压关系可以统一用下式 表示 称为理想化因子，它是由非理想效应引起的。对于理想的肖特基势垒二极管， 两种肖特基二极管的实验 特性示于图4-7中。 （4-31） （4-32） 4.4肖特基势垒二极管的电流电压特性 使正向 曲线延伸至 ，可以求出参数 ，可以用它和（4-28）式 一起来求出势垒高度。理想化因子可由半对数曲线的斜率计算出来。对于 Si二极管得到 ， 二极管n=1.04。可见（4-27）式较好地适 于 , ,和 等常用半导体材料作成的肖特基势垒。 以上分析说明，肖特基势垒电流基本上是由多子传导的，是一种多子器件。 值得指出的是，根据式（4-28），反向电流应为常数，这与实验数据出现偏差。 其原因之一是4.3 节中所指出的镜像力作用。把 换成 ，则饱和电 流改为