7.金属和半导体的接触.pptVIP

* * * * 固体电子学基础 II 姜胜林 华中科技大学电子系教授，博士生导师 西七楼309室，Tel:Email: jsl@hust.edu.cn 2007年 1 半导体中的电子状态 3 载流子输运 4 非平衡载流子 5 p－n结 6 半导体表面与MIS结构 7 金属和半导体的接触 9 半导体的热电性质 8 异质结 2 半导体中载流子的统计分布 40学时 本章内容提要 金半接触及其能级图 整流特性 少子注入和欧姆接触 7 金属和半导体的接触 相关研究： 博士论文：Ni电极 硕士论文：溅金属电极 毕业设计：无铅玻璃粉 新方向：耐特殊环境电极、SMD技术 商业：欧姆电极、表面电极（优乐公司等） 金属—半导体接触 整流接触：微波技术和高速集成电路 欧姆接触：电极制作 成为界面物理重要内容 半导体器件重要部分 能级图 整流特征 欧姆接触 7.1 金属半导体接触及其能级图 1.金属与半导体的功函数 功函数：金属中的电子从金属中逸出，需由外界供给它足够的能量， 这个能量的最低值被称为功函数。 金属功函数 Wm=E0-(EF)m 金属中的电子势阱 半导体的功函数和电子亲和能 E0为真空电子能级 半导体功函数 Ws=E0-(EF)s 电子亲和能 χ=E0-Ec Ws=χ+[Ec-(EF)s] =χ+En En=Ec-(EF)s 2.接触电势差（肖特基模型） 金属和n型半导体接触能带图（WmWs） （a）接触前；（b）间隙很大； （c）紧密接触；（d）忽略间隙 半导体电势提高 金属电势降低 平衡态，费米能级相等 金半间距D远大于原子间距时 D 正负电荷密度增加 D 与原子间距相比 空间电荷区形成（why），表面势，能带弯曲 （理想） 肖特基势垒高度 小结： （1）金属与n型半导体接触 WmWs，电子由半导体进入金属，在半导体表面形成电子势垒 （阻挡层） WsWm，电子由金属进入半导体，Vs0，能带下降，表面是电子势阱， 形成电导层（反阻挡层） 金属和n型半导体接触能带图（WmWs） （2）金属与p型半导体接触 WmWs ，能带上升，空穴势阱，半导体表面是高电导压，为p型反阻挡层 WmWs ，能带下降，形成空穴势垒，为p型阻挡层 优缺点： 很好地解释离子性半导体与金属接触时所形成的势垒的物理本质； 不能解释不同金属（Wm不一样）与同一种半导体接触（χ一定）时Φm与Wm的差别； 肖特基模型不是形成势垒的唯一机理。 金属和p型半导体接触能带图 (WmWs) (WmWs) 3.表面态对接触势垒的影响（巴丁模型） 问题的提出： 不同金属与同一半导体接触 金属功函数相差很大，而势垒高度相差很小 理论上 实际中 金属一边的势垒高度应随金属功函数而变化 金属与半导体接触是不同物质之间的紧密接触 界面 半导体固有表面态 势垒或势阱高度与 有关 半导体表面态密度足够高，平衡时半导体费米能级被锁定在 巴丁模型 半导体表面处的禁带中 表面态 表面能级 施主和受主型表面态 一般 而言 表面态在表面禁带中形成一定的分布，存在距离价带顶为qΦ0的能级，电子正好填满qΦ0 以下的所有表面态时表面呈电中性 qΦ0以下空时：表面带正电，施主型 qΦ0以上被电子填充时：什么状态！！ 思考： n型半导体存在表面态，半导体的费米能级EF高于qΦ0 平衡时的能带图形如何？ 若存在受主表面态：表面带负电（电子填满） 存在受主表面态时n型半导体的能带图 半导体表面附近：正的空间电荷区，电子势垒 表面态上的负电荷＝势垒区正电荷 表面态密度很大 就会积累很多负电荷 能带上弯 势垒高度被高表面态密度钉扎（Pinned） 表面态密度很大 表面处EF很接近qΦ0 存在受主表面态时n型半导体的能带图 不存在表面态时 几乎与施主浓度无关 存在高表面态密度时 通过表面态发生作用 金属费米能级 半导体的费米能级 空间电荷区正电荷为表面受主态留 下的负电荷与金属表面负电荷之和 表面受主态密度很高的n型半导体与金属接触能带图（WmWs） （a）接触前；（b）紧密接触；（c）极限情形 金属和n型半导体接触能带图（WmWs） （a）接触前；（b）间隙很大； （c）紧密接触；（d）忽略间隙 区别 说明：半导体的表面态密度很高时