第七章_金属和半导体的接触.ppt

简化模型 (耗尽层近似)： 势垒高度qVDk0T 势垒区内的载流子浓度～0 空间电荷完全由电离杂质电荷形成 均匀掺杂 0 N型半导体的耗尽层 xd ：耗尽层的宽度 ND：是施主掺杂浓度 ① 电势在半导体中的分布 EF 0 xd x V metal semiconductor Space charge region qFns En =qFn -qVs = qVD 耗尽层 则电荷密度分布： * PPT课件 边界条件： 半导体内部电场为零 以金属费米能级处为电势零点(-EFm/q) 积分得： 积分得： 电场分布 电势分布 * PPT课件 外加电压V在金属上: 0 V EF xd 故 * PPT课件 当表面势外加电压V和表面势同号时，势垒高度提高、势垒宽度变大。 由此可见, xd 随外加电压的变化而变化 势垒宽度 xd ： * PPT课件 ② 通过势垒的电流密度： 漂移电流 扩散电流 电流密度： 代入： J * PPT课件 两边同时乘因子 在稳定的情况下，J 是与 x 无关的常数 * PPT课件 xd 处(已到半导体体内): x = 0 处(半导体表面): 用耗尽层近似求积分 → J * PPT课件 电势分布： 在势垒高度大于 k0T 时， 积分主要决定于x=0附近的电势值，去掉x2 项 随 x 增大而急剧减小！ 由 * PPT课件 代入到： 把积分函数和 xd 的表达式 * PPT课件 可得到电流密度为： 其中， * PPT课件 ③ J-V特性讨论： 其大小主要决定于 指数因子 (1) V0时： (2) V0时： 如果|qV|k0T： 如果qVk0T： 金半接触伏安特性 JSD 随电压而缓慢变化，但并不趋于定值，即没有饱和 氧化亚铜，迁移率较小，即平均自由程较短，扩散理论适用 * PPT课件 例：电阻率为10Ω·cm的n型Ge和金属接触形成的肖特基势垒高度为0.3eV,求加上5V反向电压时的空间电荷层厚度及空间电荷层内最大电场强度。 解： 当ρ=10Ω·cm时，计算得ND=1.6×1014cm-3， 因为qfns=0.3eV，所以 : 加上5V反向电压后 7.56 mm * PPT课件 热电子发射 Thermionic electron emission in a vacuum tube * PPT课件 决定作用是势垒高度，而不是宽度。当电子具有足够能量E时才能越过势垒顶部，电子可以自由越过势垒进入另一边。 电流密度的计算即求越过势垒的载流子数目。 热电子发射理论 当n型阻挡层很薄时，电子的平均自由程大于势垒宽度,扩散理论不再适用。电子通过势垒区的碰撞可以忽略。 W ln （2）热电子发射理论 ln qΦns Wm-Ws=qVd Wm-Ws=qVd Wm-Ws=qVd 无外加电压，E qVD 有外加电压，E q(VD-V) * PPT课件 非简并半导体的n型阻挡层为例，设qVD k0T，通过势垒交换的电子很少，体内的电子浓度视为常数，与电流无关。 qΦns -qVs=qVd qVd I 电流的正方向是从金属到半导体 ① Js→m（正向电流） 电子从半导体向金属发射 n为能量高于Ec+qVd的热电子数，dn为 dE 内的电子数 dE * PPT课件 非简并半导体,分布函数为Boltzmann分布，故： dn 又： * PPT课件 * PPT课件 vx正方向为垂直于半导体指向金属界面的方向。 单位时间，通过单位截面积，在1×1×vx体积内的电子可到达界面 Metal Semi vx 1×vx 要越过势垒， * PPT课件 电子流密度： z * PPT课件 ② Jm→s时（反向电流） qΦns -qVs=qVD qVD I 金属到半导体的势垒高度qΦns不随外加电压变化，故 Jm→s 是常量。 平衡时(V=0): Jm→s = - Js→m Jm→s * PPT课件 Φns 是金属一边的电子势垒 ③ 总的电流密度J * PPT课件 ④ 扩散理论与热电子发射理论之比较： 扩散理论 热电子发射理论 JSD 随外加电压变化 对温度敏感不如JST JST 与外加电压无关 对温度很敏感 xd ln xd ln * PPT课件 §6.3 镜像力和隧道效应的影响 金属接触和表面态导致阻挡层的形成，扩散理论和热电子发射理论解释了其整流特性。但实际发现：高阻方向电流随电压的增加更显著，低阻方向电流的增加没有理论预测的陡峭。 引入镜像力和隧道效应的影响进行修正 0.01 0. 1 I(mA) 0 0.4 0.6 0.8 0.2 实际 理论 V(v) Ge检波器的反向特性 * PPT课件 (1) 镜像力—感应电荷对电子产生的库仑吸引力 在金属－真空系统中，一个 在金属外面的电子，要在金 属表面感应出正电荷，电子 也受到感应的正