半导体器件物理第4章.pdfVIP

第四章 金属—半导体结 引言 • 金属—半导体形成的冶金学接触叫做金属—半导体结（M-S结）或金属－半导体接 触。把须状的金属触针压在半导体晶体上或者在高真空下向半导体表面上蒸镀大面 积的金属薄膜都可以实现金属—半导体结，前者称为点接触，后者则相对地叫做面 接触。金属—半导体接触出现两个最重要的效应：其一是整流效应，其二是欧姆效 应。前者称为整流接触，又叫做整流结。后者称为欧姆接触，又叫做非整流结。 • 金属—半导体结器件是应用于电子学的最古老的固态器件。 • 1874年布朗（Brawn）就提出了金属与硫化铅晶体接触间具有不对称的导电特性。 • 1906年皮卡德（Pickard）获得了硅点接触整流器专利。 • 1907年皮尔斯（Pierce）提出，在各种半导体上溅射金属可以制成整流二极管。 • 二十年代出现了钨－硫化铅点接触整流器和氧化亚铜整硫器。 • 1931年肖特基(Schottky)等人提出M-S接触处可能存在某种“势垒”的想法。 • 1932年威尔逊（Wilson）等用量子理论的隧道效应和势垒的概念解释了M-S接触的整 流效应。 引言 • 1938年肖特基和莫特（Mott）各自独立提出电子以漂移和扩散的方式越过势垒的观 点。 • 同年，塔姆（Tamm）提出表面态的概念。 • 1947年巴丁（Bardein）提出巴丁势垒模型。 • 由于点接触二极管的重复性很差，50年代，在大多数情况下它们已由PN结二极管所 代替。 • 到70年代，采用新的半导体平面工艺和真空工艺来制造具有重复性的金属—半导体 接触，使金属—半导体结器件获得迅速的发展和应用。 • 非整流结不论外加电压的极性如何都具有低的欧姆压降而且不呈整流效应。这种接 触几乎对所有半导体器件的研制和生产都是不可缺少的部分，因为所有半导体器件 都需要用欧姆接触与其它器件或电路元件相连接。 4.1肖特基势垒 4.1肖特基势垒 一、肖特基势垒的形成（考虑金属与N-半导体） qS －半导体功函数 qm －金属的功函数 qS  qm S －半导体的电子亲和势。 假设半导体表面没有表面态，接触是理想的，半导体能带直到表面都是平直的。 自建电势差0    （4-1） 0 m s 肖特基势垒高度 q q x （4-2） b m s   V （4-3） 或 b 0 n N N 其中   C C V E E q V l V ln n c F T n T （4-4） n N d 4.1肖特基势垒 二、加偏压的肖特基势垒 • 正偏压：在半导体上相对于金属加一负电压 V 。 q q( V ) • 半导体—金属之间的电势差减少为 ， 变成 ，