电子工程物理基础5.3 半导体与金属.pptVIP

唐洁影 东南大学电子科学与工程学院 第5章 半导体中电子的控制 5.1 半导体与外界作用 5.2 半导体与半导体 5.3 半导体与金属 5.4 半导体与绝缘体 5.3 半导体与金属（metal-semiconductor contact） 功函数 电子亲和能 1. 能带图 (1) M-S(n型), WmWs n型阻挡层 电子耗尽 (2) M-S(n型) , WmWs n型反阻挡层 (3) M-S(p型) , WmWs p型阻挡层 空穴耗尽 (4) M-S(p型) , Wm Ws p型反阻挡层 P型半导体的价带电子向金属一侧转移 n型阻挡层 p型阻挡层 n型反阻挡层 p型反阻挡层 肖特基势垒 高导层 整流接触 非整流接触 欧姆接触 ? 电子耗尽 空穴耗尽 势垒高度随外加正电压的增加而降低,因此由半导体流向金属的净电子流增加,且按指数增加。 金-半接触 平衡时 金-半接触 非平衡时 净电流=0 （对阻挡层而言） （1）加正电压（削弱内建电场） 2. 整流特性 jm-s=js-m js-mjm-s 以n型阻挡层为例（金属接“+”） （2）加反向电压（金属接“－”） 势垒高度随外加反电压的增加而身升高,因而从半导体到金属的电子减少,反向电流变大，主要由金属到半导体的电子流构成。 反向电流jm-s-js-m 反向电压继续增大，致使js-m近似为零，反向电流趋于饱和。 jm-s恒定不变 js-m 加反向电压 Vt 肖特基结具有整流特性 3.肖特基势垒二极管 (1) 结构 光刻产生的陡削的边沿 Si-SiO2界面存在正固定电荷 拐角处有过量的电流 (2)与p-n结二极管的比较 主要特点是: 1.SDB是多数载流子器件,而p-n结二极管电流取决于非平衡少数载流子的扩散运动. 2. p-n结二极管中,少数载流子注入造成非平衡载流子在势垒区两侧界面的积累,外加电压变化,电荷积累和消失需有一弛豫过程(电荷存储效应),严重影响了p-n结二极管的高频性能.SDB器件不发生电荷存储现象,使得它在高频、高速器件中有重要作用。 边扩散边复合 3.SDB的正向开启电压比p-n的低；而反向饱和电流比p-n的大。这是因为多数载流子电流远高于少数载流子电流。 Vt Vt p-n SDB (Js)SDB (Js)p-n 4.欧姆接触（Ohmic Contact） 由于表面态的影响，难以通过选择金属的功函数来实现欧姆接触（理论上说，WmWns 或 WmWps可形成反阻挡层）。 在生产实际中，主要是利用隧道效应的原理在半导体上制造欧姆接触。采用重掺杂半导体与金属接触。 从电学上讲，理想的欧姆接触的接触电阻应当很小，同时还应具有线性的和对称的电流—电压关系。 n型反阻挡层 p型反阻挡层 （1）表面态对接触势垒的影响 三.表面态 表面的硅原子存在不饱和键（悬挂键）。 晶体缺陷或吸附原子 引起表面态 施主型 受主型 表面能态被电子占据时呈电中性，施放电子后呈正电性。 表面能态空着时呈电中性，接受电子后呈负电性。 硅表面存在悬挂键 在半导体的表面，由于存在自身缺陷、吸附物质、氧化物或与电解液中的物质发生作用等原因，表面电子之量子状态会形成分立的能级或很窄的能带，称为表面态。它可以俘获或释放载流子，或形成复合中心，使半导体带有表面电荷，影响其电性能。 WmWs WmWs （2）欧姆接触的实现 用重掺杂的半导体与金属接触—欧姆接触 尤其在超高频和大功率器件中，欧姆接触是设计和制造的关键问题之一 隧道效应产生隧道电流