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6.5 金属－半导体接触 (1) 考虑理想的金属－半导体接触：仅有金属与半导体接触，其中 沒有任何中间层；金属与半导体之间沒有所谓扩散问题；在金属 与半导体的界面上不存在表面电荷。 (2) 功函数：电子能够由材料的 Fermi 能级脱离而达到完全自由所需 的能量。 (3) 真空能级：自由电子所在之位置。 (4) 金属的功函数就是真空能级和Fermi 能级的差。 (5) 半导体的功函数与金属有別，因为其 Fermi 能级在导带之下，所 以其功函数 Φ( χE +)E − s c F FB (6) χ 为电子亲和能，也就是电子由导带脱离至真空能级所需之能 量，每一半导体有其特定值，至于 Fermi 能级与导带之差值则由 杂质的掺入量来决定。 (7) 金属与半导体接触将有四种可能性：半导体区分为P 型及N 型， 而其中金属相对于半导体的功函数将会有大有小的可能性。 一、整流接触与非整流接触 以金属与N 型半导体接触为例 如果金属的功函数大于半导体的功函数，刚接触时，半导体区将 会有电子流入金属区（因为 Fermi 能级较高），平衡后在半导体区为 保持电中性自然形成帶有正电荷的离子分布，最后形成一反向电场阻 止电子流向金属区，在半导体界面会形成一额外的势垒。 由于半导体中自由电荷密度的限制，正电荷分布在半导体表面相 当厚的一层表面内，即耗尽层或阻挡层。此区电子浓度小、电阻高， 内建电场造成能带弯曲。 金属中，积累的负电荷集中在 很薄的表面层内（约几个 Å 的距 离）。而半导体中，正电荷是电离 的施主杂质，其浓度比金属中电子 浓度低几个数量级。半导体同金属 接触时形成的正电荷层要扩展到几 千个 Å ，在半导体表面形成空间电 eNd + 荷区。金属同半导体的接触电势差 就降在这个区域中。在空间电荷区 中，电势分布由 Poisson 方程解 － 出。 半导体内 V(x) 电势 金－半界面 x 金属内 V(x) ? - V d E /-e F 若半导体是均匀掺杂的，Poisson 方程和边界条件为： 2 ( ) ρ −eN d V x =− d eNd 2 2 V x x W ( ) =− ( − ) dx ε ε εε r 0 r 0