半导体物理学刘恩科第七版第七章金半接触题稿.pptVIP

7.2.4肖特基势垒二极管 肖特基势垒二极管：利用金-半整流接触特性制成的二极管。 与pn结二极管相似的电流-电压特性，即单向导电性。 区别之处： 1. pn结二极管在正向偏压下注入的少数载流子具有电荷存储效应，严重地影响了其高频特性。 肖特基势垒二极管正向电流是多子流入金属形成，多子器件。 无电子的积累现象，具有更好的高频特性。 2. 对于相同的势垒高度，肖特基势垒二极管有的JsD或JsT比Js大得多。肖特基势垒二极管正向导通电亚较低，约0.3V左右 3.肖特基势垒二极管的应用 应用于高速集成电路、微波技术中， 如Si TTL电路，雪崩二极管，肖特基势垒栅场效应晶体管等。 7. 3 少数载流子的注入和欧姆接触 实际中，少数载流子的影响也比较显著。 对n阻挡层，体内电子为n0, 界面处电子浓度 电子的阻挡层就是空穴的积累层。 在势垒区，空穴的浓度在表面最大，体内浓度为p0 加正向电压，势垒降低，空穴扩散作用占优势，形成自外向内的空穴流。 与电子电流方向一致。 因此，总电流中一部分为空穴流的贡献。 空穴流的大小，取决于势垒高度。 随势垒的高度增加而增加。 7.3.2 欧姆接触 欧姆接触：金属和半导体的非整流接触。 理想欧姆接触的接触电阻与半导体样品或器件相比很小。电流流过时，接触上的电压降远小于样品或器件本身的电压降。即接触不影响器件的电流-电压特性。 欧姆接触的应用： 半导体器件一般都要利用金属电极输入-输出电流，要求具有良好的接触。 在超高频和大功率器件中，欧姆接触是设计、制造的关键问题。 欧姆接触的实现: (不考虑表面态的影响) 1.形成反阻挡层：反阻挡层没有整流作用； 2. 选择合适的金属材料 若WmWs，金属-N型半导体形成反阻挡层； 若WmWs，金属- P型半导体形成反阻挡层； Ge、Si、GaAs型是重要的半导体材料，一般有很高的表面态密度。无论p、n型半导体与金属都形成势垒，与金属功函数无关。 因此，选择金属材料不能获得欧姆接触。 实际中，主要利用隧道效应原理实现欧姆接触 重掺杂的pn结有显著隧道效应 金属与重掺杂的半导体接触时，势垒区宽度很薄，电子通过隧道效应产生隧道电流。 当隧道电流扩散电流，占主导地位时， 接触电阻很小，可用作欧姆接触-理想的欧姆接触。 接触电阻 隧道电流占主导地位时，选Ec为势能零点 电子的势垒为 掺杂浓度越高，接触电阻Rc越小。 欧姆接触最常用的方法： 在n型、p型半导体上制作一层重掺杂区，再与金属接触，形成金属-n+n接触或金属-p+p接触. 有了n+、p+层, 金属的选择就比较自由。 形成金属与半导体的方法有多种： 蒸发、溅射、电镀等。 难熔的金属和硅形成金属硅化物(Silicide)，可用作集成电路中接触互连的材料，PtSi, Pd2Si, NiSi, MoSi. 第七章 金属和半导体接触 7.1 金属半导体接触及其能级图； 7.2 金属半导体接触整流理论 7.3 少数载流子注入和欧姆接触 7.1 金半接触及其能带图 0k时，金属：EEF时，能级填满 EEF时，能级全空 一定温度T下，金属中EF附近电子热激发，跃迁到EEF的能级 金属内部的电子好像在势阱中运动。 金属内部电子逸出成为自由电子所需要的最小能量为： 半导体中， 使内部电子从半导体逸出成为自由电子所需要的最小能量为： Ws为半导体的功函数 ?表示半导体导带底的电子逸出体外需要的最小能量。 Ws=?+Ec-EF= ?+ En 若一块金属和一块n型半导体，具有共同的真空静止能级，且（金属功函数）WmWs （半导体功函数）。 接触前： 接触后： 特征： Efs高于Efm; Efs-Efm=Ws-Wm 特征：1)接触后，半导体中的电子向金属中流动 2) 平衡后具有统一费米能级，再无净电子流过。 接触后电子流动的结果： 金属表面带负电，半导体表面带正电。 所带电荷在数量上保持相同，系统保持电中性。 相对于EFm, EFs下降了(Wm –Ws) 金属-半导体接触产生的电势差 (V’s- Vm)=(Wm –Ws)/q q(V’s- Vm)=(Wm –Ws) D为金属-半导体间的间距 D越小，靠近半导体的金属表面负电荷密度增加 靠近金属的半导体表面正电荷密度增加。 半导体表面的正电荷分布在一定厚的表面层内，即空间电荷区。空间电荷区内存在一定电场，造成能带弯曲。使表面和内部存在电势差Vs. 接触电势差= Vs+Vms (Vs + VmS)=(Ws –Wm)/q D很小时， VmS很小，接触电势差主要降落在空间电荷区。 D很小时，Vs=(Ws –Wm)/q 半导体