半导体物理 第七章 金属和半导体的接触.ppt

（2）热电子发射理论 xd ln时，电子通过势垒区的碰撞可以忽略。当电子动能大于势垒顶部时，电子可以自由越过势垒进入另一边——热电子发射。 假设qVDk0T。 （a）Js→m （b）Jm→s （c）J = Js→m - Jm→s （a）Js→m： 单位体积中，能量在E~E+dE范围内的电子数为： 利用 又 则 假设电流沿x方向流动，因此只有速度分量vx对电流有贡献，同时vx需满足以下条件： 即电子的最小速度： 于是， 式中， （b）Jm→s： 金属一侧的势垒qφns是恒定的，所以Jm→s是恒定的。 V = 0 时，Js→m + Jm→s = 0 从而 Jm→s = - Js→m （V = 0） （c）总电流密度J 其中 扩散理论与热电子理论的差异 JSD随外加电压而变化；对温度的敏感程度不如JST 。 JST与外加电压无关；对温度很敏感 。 实际情况 反向电流不饱和 V I 0 V I 0 理想情况 反向电流饱和 （3）镜象力和隧道效应的影响 镜象力的影响 -x 0 +x x 感应镜象电荷 感应电荷对电子产生库仑吸引力： 产生的电子附加势能为： （1） （2） （3） 对于金-半接触势垒中的电子，附加势能为： 将势能零点选在(EF)m，由于镜象力的作用，电子所具有的电势能为： （4） 无镜象力 有镜象力 xm x 0 镜象势能 将（3）式代入（4）式，则在xm处的电势降落为： 可见反向偏压和掺杂较高时将导致势垒最高点降落值  增大。 半导体侧有效势垒高度 金属一边有效势垒高度 隧道效应的影响 隧道效应原理： 能量低于势垒顶的电子有一定几率穿过这个势垒，穿透的几率与电子能量和势厚度有关。 * * 第七章 金属和半导体的接触 Contact between Metal and Semiconductor 哈尔滨工业大学微电子科学与技术系 重点： 1、阻挡层与反阻挡层的形成 2、肖特基势垒的定量特性 3、欧姆接触的特性 §7.1 金属-半导体接触和能带图 Contact between Metal and Semiconductor and Band Diagram 学习重点： 功函数 电子亲和势 接触电势势垒 阻挡层与反阻挡层 哈尔滨工业大学微电子科学与技术系 Metal Insulator Semiconductor Semicoductor (a) 基于平面工艺的金属-半导体接触结构透视图 (b) 金属-半导体接触结构一维结构图 Metal 1、金属和半导体的功函数 金属功函数Wm ：起始能量等于费米能级的电子，由金属内部逸出到真空中所需要的最小能量。 Wm = E0 - (EF)m 半导体功函数Ws ：真空能级与半导体费米能级之差。 Ws = E0 – (EF)s 电子亲合能χ：半导体导带底的电子逸出体外所需的最小能量。 E0 Ec Ev Ws χ En (EF)s Wm (EF)m 2、接触电势差 假设金属和 n 型半导体相接触，且WmWs E0 Ec Ev Ws χ En (EF)s Wm EFm 接触势垒： 故接触电势差 3、理想金属–半导体接触 E0 Ec Ev Ws χ En EFs Wm EFm qφns = Wm -χ E0 Ec Ev Ws χ En EFs Wm EFm qφns = Wm -χ qVD = Wm -Ws 金属与半导体材料紧密接触。热平衡条件下，两种材料具有统一的费米能级，同时真空能级具有连续性。金属-半导体接触能带结构如图所示。 导带底电子向金属运动时必须越过的势垒高度： qVD = Wm – Ws 金属一侧的电子运动到半导体一侧需要越过的势垒高度： qφns = Wm - χ 金属-半导体接触的重要参数：肖特基势垒 （1）理想金属-半导体接触能带结构 理想金属-半体接触由三个区域组成： ①金属电子积累区 ②半导体空间电荷区 ③半导体中性区 在耗尽层近似条件下： （2）理想金属-半导体接触静电特性 ① ② ③ 空间电荷密度 ρ (x) 0 xd x 0 xd