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第八章 金属和半导体的接触§８.1 金属半导体接触及能级图 1. 金属和半导体的功函数金属中的电子绝大多数所处的能级都低于体外能级。金属功函数的定义: 真空中静止电子的能量 E0 与 金属的 EF 能量之差，即上式表示一个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值。EF金属中的电子势阱Wm 越大, 金属对电子的束缚越强在半导体中，导带底 EC 和价带顶 EV一般都比 E0 低几个电子伏特。半导体功函数的定义: 真空中静止电子的能量 E0 与 半导体的 EF 能量之差，即E0?WsECEFWs 与杂质浓度有关EV电子的亲合能半导体的功函数又写为2.接触电势差?Ws(a) 接触前Ev金属表面负电半导体表面正电?Vm: 金属的电势Vs?: 半导体的电势D（b）间隙很大 (D原子间距)平衡时, 无电子的净流动. 相对于(EF)m, 半导体的(EF)s下降了接触电势差:金属和半导体接触而产生的电势差 Vms.?半导体表面有空间 电荷区?空间电荷区内有电场?电场造成能带弯曲?qVD因表面势 Vs 0E_?能带向上弯曲+（c）紧密接触接触电势差一部分降落在空间电荷区, 另一部分降落在金属和半导体表面之间若D?原子间距, 电子可自由穿过间隙, Vms?0, 则接触电势差大部分降落在空间电荷区qVD（d）忽略间隙半导体一边的势垒高度金属一边的势垒高度当金属与n型半导体接触WmWs?半导体表面形成一个正的空间电荷区?电场方向由体内指向表面 (Vs0)?半导体表面电子的能量高于体内的，能 带向上弯曲，即形成表面势垒在势垒区中，空间电荷主要由电离施主形成，电子浓度要比体内小得多，因此它是一个高阻的区域，常称为阻挡层。当金属与n型半导体接触WmWs?半导体表面形成一个负的空间电荷区?电场方向由表面指向体内(Vs0)?半导体表面电子的能量低于体内的，能 带向下弯曲在空间电荷区中，电子浓度要比体内大得多，因此它是一个高电导的区域，称为反阻挡层。反阻挡层薄, 高电导, 对接触电阻影响小EcEF?-WmWs-WmEv金属和 n 型半导体接触能带图 (WmWs)当金属与 p 型半导体接触能带向上弯曲, 形成 p 型反阻挡层能带向下弯曲, 造成空穴的势垒, 形成 p 型阻挡层?EcEcWmEvEv(b)(a)金属和p型半导体接触能带图(a) p型阻挡层(WmWs) (b) p型反阻挡层(WmWs)形成n型和p型阻挡层的条件 p 型 n 型WmWs阻挡层反阻挡层WmWs反阻挡层阻挡层3. 表面态对接触势垒的影响金属和n半导体接触时, 形成的金属的势垒高度同一半导体, ?不变. q?ns 应随 Wm 而变???事实上, 由于半导体表面态的存在, Wm 对 q?ns 的影响不大表面态分施主表面态和受主表面态，在半导体表面禁带中形成一定的分布，存在一个距价带顶为 q?0 的能级对多数半导体， q?0 约为禁带宽度的1/3? 电子填满q?0 以下所有表面态时，表面电中性 q?0 以下的表面态空着时，表面带正电， 呈现施主型? q?0 以上的表面态被电子填充时，表面带负电， 呈现受主型WsqVDq?nsECEFq?0EV存在受主表面态时 n 型半导体的能带图若表面态密度很大，只要 EF 比 q?0 高一点，表面上就会积累很多负电荷，能带上弯Ws存在高表面态密度时n型半导体的能带图q?nsEnEcEFq?0EV高表面态密度时，势垒高度势垒高度称为被高表面态密度钉扎无表面态，半导体的功函数有表面态，即使不与金属接触，表面也形成势垒，半导体的功函数（形成电子势垒时）表面态密度很高时费米能级钉扎效应：在半导体表面，费米能级的位置由表面态决定，而与半导体掺杂浓度无关的现象。E0qVDWmEC(EF)sq?ns(EF)m(a) 接触前表面受主态密度很高的n型半导体与金属接触能带图(省略表面态能级）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Wm-WsqVDWmEC(EF)s(b) 紧密接触ECq?ns(EF)s(c) 极限情形表面受主态密度很高的n型半导体与金属接触能带图半导体的势垒高度因表面态密度很高，表面态中跑掉部分电子后，表面能级 q?0 的位置基本不变?半导体内的表面势垒 qVD 在接触前后不变金属和 p 型半导体接触时情形类似势垒高度当表面态起主要作用时?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但是表面态密度不同，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。§８.2金属半导体接触（阻挡层） 整流理论金－ n 型半接触，