金属和半导体的接触.ppt

小结需掌握的公式（由n型半导体推导）：半导体侧势垒高度(WmWs):金属侧势垒高度肖特基模型巴丁模型第54页，共65页，星期日，2025年，2月5日2.加正向电压V0半导体侧电子势垒高度降低为-q[（Vs）0+V)]金属侧电子势垒高度不变。电流方向M→S，由S→M的电子形成正向电流。第22页，共65页，星期日，2025年，2月5日3.加反向电压V0半导体侧电子势垒高度增加为：-q[（Vs）0+V)]电流方向S→M，由M→S的电子形成反向电流第23页，共65页，星期日，2025年，2月5日阻挡层的I/V特性??正向电流随外加正向电压增加而增大；??金属一侧势垒很高，反向电流很小，且趋于饱和。??阻挡层具有单向导电性——整流特性。第24页，共65页，星期日，2025年，2月5日P型半导体第25页，共65页，星期日，2025年，2月5日n型和p型阻挡层的作用阻挡层具有整流特性；正向电流规定为半导体多子形成的电流；n型:金属极加正电压，V0，形成电子由半导体到金属的正向电流；电流方向：金属→半导体p型：金属极加负电压V0，形成空穴由半导体到金属的正向电流；电流方向：半导体→金属第26页，共65页，星期日，2025年，2月5日1.扩散理论流过势垒的电流主要由电子在耗尽区的扩散和漂移过程决定。适于势垒区宽度远大于电子的平均自由程的半导体二.理论模型第27页，共65页，星期日，2025年，2月5日耗尽区:杂质全电离，电荷由杂质电离形成。电场仅存在空间电荷区。方向指向半导体表面。第28页，共65页，星期日，2025年，2月5日泊松方程：利用边界条件：第29页，共65页，星期日，2025年，2月5日势垒中的电场第30页，共65页，星期日，2025年，2月5日V0,势垒宽度xd随V增加而减小，半导体侧势垒降低。V0，势垒宽度xd随V增加而增加，半导体侧势垒升高这种依赖于外加电压的势垒，称为肖特基势垒。最大电场随反向电压的增加而增大，正向电压的增加而减小，且随掺杂浓度的增加而增大；势垒区宽度随反向电压的增加而增大，正向电压的增加而减小，且随掺杂浓度的增加而减小，注意：讨论：第31页，共65页，星期日，2025年，2月5日流过势垒的电流密度：半导体势垒区与中性区存在浓度梯度，所以有扩散电流。有外加电压时，存在漂移电流。利用：得到：根据：第32页，共65页，星期日，2025年，2月5日同乘以得到：积分：第33页，共65页，星期日，2025年，2月5日利用边界条件：由于随x增加迅速减小只考虑在x=0附近2xxd＞＞x2第34页，共65页，星期日，2025年，2月5日积分，得到：其中讨论：1）当qV﹥﹥k0T，有J=JsDexp（qV/k0T），为通常情况。2）当-qV﹥﹥k0T，则J=-JsD，不饱和，JsD随外加电压的升高而增加。第35页，共65页，星期日，2025年，2月5日2.热电子发射理论假设流过势垒的电流主要受电子越过势垒的过程限制。适于电子的平均自由程远大于势垒区宽度的半导体。平衡时，界面处半导体侧的电子浓度:第36页，共65页，星期日，2025年，2月5日单位时间入射到单位面积上的电子数为：nVth/4，平衡时，由半→金的热电子发射电流密度与金→半都为：第37页，共65页，星期日，2025年，2月5日当V0时，界面处半导体侧势垒高度降低,电子浓度:当V0时，由半→金的电子流密度:金属一侧势垒高度不变，实际净正向电流密度为：其中：第38页，共65页，星期日，2025年，2月5日令∴其中：第39页，共65页，星期日，2025年，2月5日3.两个理论模型的比较1、扩散理论的：J=J[exp(qVkT)?1]JSD不饱和，与外加电压相关。热电子发射理论：J=J[exp(qV/kT)?1]JsT与外加电压无关，但强烈依赖于温度。2、扩散理论适于势垒区宽度远大于电子的平均自由程的半导体,如氧化亚铜，非晶硅。热电子发射理论适于势垒区宽度远小于电子的平均自由程的半导体，如Ge、Si、GaAs等。第40页，共65页，星期日，2025年，2月5日三.理论模型与实测结果的偏差（影响因素）1.镜像力的影响：在金属、真空系统中，一个在金属外面的电子，要在距离金属表面同样距离（在金属内部）感应出等量的正电荷，这