半导体物理参考的答案-第六章.pdfVIP

1. 画出由p 型半导体和金属构成的肖特基势垒在施加正向和反向电压的能带图， 分别标出扩散流、漂移流、肖特基热电子电流的方向和相对大小。 解：对于p 型半导体和金属构成的肖特基势垒，由于多子为空穴，因此，在理想 接触的情形下，形成肖特基势垒的条件是：φ φ ,势垒区电场方向由金属端指 M S 向半导体端。 由于肖特基势垒在正向偏置时，对应于空穴在半导体中面临的势垒降低，因此， 需要在p 区加正，金属区加负。 1）平衡时，通过肖特基的电流为 0 。在半导体中，扩散电流和漂移电流大 小相等，方向相反。同时，从半导体到金属的热载流子电流与从金属到半导体的 热载流子电流大小相等，方向相反。 2 ）正向电压时，由于从半导体到金属的热载流子遇到的势垒降低，而从金 属到半导体的热载流子遇到的势垒不变和电流不变，因此，从半导体到金属的热 载流子大于从金属到半导体的热载流子电流。 2 ）反向偏压时，由于从半导体到金属的热载流子遇到的势垒增加，而从金 属到半导体的热载流子遇到的势垒不变和电流不变，因此，从半导体到金属的热 载流子电流小于从金属到半导体的热载流子电流。 2. 设金属与半导体是理想的肖特基接触，即肖特基模型适用。在以下两种情形 下：(a)金属和半导体直接接触，(b)相距较远，通过一很细的导线连接。试分析 并用图示意指出，M/S 接触形成的接触电势差在热平衡时的分布情形。 解：为以下讨论方便，不妨设半导体为n 型半导体 (a) 金属和半导体直接接触，平衡时金属费米能级和半导体费米能级相等， 且接触电势差全部降落在半导体耗尽区上，由Poisson 方程得： d 2 qN ϕ d dx2 =− εSi (0 ≤x ≤xd )  −dϕ 0  dx  x xd 解得： qNd 2 qNd 2 ϕ( ) ϕ(0) =− ( − ) + x x xd xd (0 ≤x ≤xd ) 2ε 2ε Si Si W −W 在界面处电势最低，且ϕ(xd ) −ϕ(0) M S 。 q (b) 相距较远，通过一根细的导线连接 由于原来的半导体费米能级大于金属的费米能级，半导体中的电子向金属流 动，使金属表面带附带，半导体表面带正电，平衡时金属半导体有统一的费 米能级。此时，金属与半导体之间的空间间隔相当于平板电容器，空气为介 W −W 质，调整金属与半导体费米能级的自建势为ϕ(d ) −ϕ(0) M S ，该自 q 建势分别降在空气介质和半导体空间电荷区上，其中，在空气介质区域电场 强度分布均匀。其能带图如下所示： 3. 试分析说明金属-n 型半导体肖特基势垒在正向偏压下电子和空穴的准费米能 级如何变化？ ( 已作为参考题，解答略) 4. 如果金属-n 型半导体接触形成肖特基势垒，金属层很薄，可以透光。在有光 照时，肖特基势垒如何变化？ 解：金属层很薄，可以透光，因此，在半导体界面会由于光照的影响会产生过 剩载流子的注入，从而使得半