金属半导体接触.ppt

表面受主态密度很高的n型半导体与金属接触能带图 (a) 接触前 E0 Wm (EF)m q?ns (EF)s EC qVD (省略表面态能级） 第23页，共64页，2022年，5月20日，11点48分，星期六 金和半接触时, 当半导体的表面态密度很高时 ?电子从半导体流向金属 ?这些电子由受主表面态提供 ?平衡时，费米能级达同一水平 Wm (EF)s EC qVD Wm-Ws (b) 紧密接触 空间电荷区的正电荷 ＝表面受主态上的负电荷 ＋金属表面负电荷 第24页，共64页，2022年，5月20日，11点48分，星期六 表面受主态密度很高的n型半导体与金属接触能带图 (c) 极限情形 (EF)s EC q?ns 第25页，共64页，2022年，5月20日，11点48分，星期六 半导体的势垒高度 ?半导体内的表面势垒 qVD 在接触前后不变 因表面态密度很高，表面态中跑掉部分电子后， 表面能级 q?0 的位置基本不变 第26页，共64页，2022年，5月20日，11点48分，星期六 势垒高度 金属和 p 型半导体接触时情形类似 ?金－半接触的的势垒高度与金属的功函数无关 ?只取决于表面能级的位置 当表面态起主要作用时 表面态密度不同，紧密接触时，接触电势差有一部分要降落在半导体表面以内，金属功函数对表面势垒将产生不同程度的影响，但影响不大。 但是 第27页，共64页，2022年，5月20日，11点48分，星期六 §８.2 金属半导体接触（阻挡层） 整流理论 金－ n 型半接触，Wm Ws 时，在半导体 表面形成一个高阻区域，叫阻挡层 有外加 V 时，表面势为(Vs)0＋V 无外加 V 时，表面势为(Vs)0 电子势垒高度为 V 与 (Vs)0 同符号时，阻挡层势垒提高 V 与 (Vs)0 反符号时，阻挡层势垒下降 第28页，共64页，2022年，5月20日，11点48分，星期六 外加电压对 n 型阻挡层的影响 (a) V=0 q?ns qVD =－q(Vs)0 第29页，共64页，2022年，5月20日，11点48分，星期六 外加电压对 n 型阻挡层的影响 (b) V 0 q?ns qV －q[(Vs)0+V] 金属正，半导体负 从半到金的电子数目增加， 形成从金到半的正向电流， 此电流由多子构成 V?, 势垒下降越多， 正向电流越大 因 Vs0 第30页，共64页，2022年，5月20日，11点48分，星期六 (c) V 0 金属负，半导体正 - qV q?ns －q[(Vs)0+V] 从半到金的电子数目减少， 金到半的电子流占优势 形成从半到金的反向电流 金属中的电子要越过很高的 势垒 q?ns，所以反向电流很小 q?ns不随V变，所以从金到半的电子流恒定。 V?, 反向电流饱和 第31页，共64页，2022年，5月20日，11点48分，星期六 阻挡层具有整流作用 对p型阻挡层 V0, 金属负偏，形成从半向金的正向电流 V0, 金属正偏，形成反向电流 第32页，共64页，2022年，5月20日，11点48分，星期六 1. 厚阻挡层的扩散理论 对n型阻挡层，当势垒的宽度比电子的平均自由程大得多时，电子通过势垒区要发生多次碰撞。 当势垒高度远大于 kT 时，势 垒区可近似为一个耗尽层。 厚阻挡层 须同时考虑漂移和扩散 0 xd x q?ns EF 0 0 V En=q?n 第33页，共64页，2022年，5月20日，11点48分，星期六 耗尽层中，载流子极少，杂质全电离，空间电荷完全由电离杂质的电荷形成。 这时的泊松方程是 若半导体是均匀掺杂的，那么耗尽层中的电 荷密度也是均匀的，等于qND。 第34页，共64页，2022年，5月20日，11点48分，星期六 { 0 – 第35页，共64页，2022年，5月20日，11点48分，星期六 势垒宽度 V与(Vs)0同号时，势垒高度提高，势垒宽度增大 厚度依赖于外加电压的势垒，叫肖特基势垒。 第36页，共64页，2022年，5月20日，11点48分，星期六 考虑漂移和扩散，流过势垒的电流密度 第37页，共64页，2022年，5月20日，11点48分，星期六 V0 时，若 qVkT, 则 V0 时，若 ?qV? kT, 则 JsD 随电压变化，不饱和 金属半导体接触伏安特性 V I 扩散理论适用于 迁移率小的半导体 第38页，共64页，2022年，5月20日，11点48分，星期六 计算超越势垒的载流子数目（电流）就是热电子发射理论。 2. 热电子发射理论 N型阻挡层很薄时: ?电子的平均自由程远大于势垒宽度， 扩散理论不再适用. ?电子在势垒区的碰撞可忽略，势垒高度起作用 以n型阻挡层