半导体物理 金属半导体接触.pptVIP

（4）外加电压下，通过肖特基势垒的电流密度 用 乘上式两边，得到， （半导体表面与金属交换电子，电子浓度等于表面平衡电子浓度） 得到， 阻挡层中电势随 增大急剧减小，阻挡层中电势线性近似为， 根据假设4， 随外加电压变化，与温度关系不明显 令 加正向电压 ， 加反向电压 ， I V 0 正向电压下 外加正向电压降落在阻挡层，半导体表面和体内之间电势差， 半导体电子逸出到金属的势垒高度， 金属电子逸出到半导体的势垒高度， 形成从半导体到金属的正向电流 正向电流 M S + - P型阻挡层 M/P型半导体接触（P型阻挡层） 外加反向电压降落在阻挡层，半导体表面和体内之间的电势差， 半导体电子逸出到金属的势垒高度， 金属电子逸出到半导体的势垒高度， 从金属到半导体空穴数超过从半导体到 金属空穴数，形成正向电流。 反向电流 M S + - P型阻挡层 I V 0 M/P型半导体接触伏安特性 假设： 1、阻挡层宽度远小于载流子平均自由程 2、半导体进入金属的电子只占半导体总电子很小一部分，半导体内电子 浓度与电流密度无关； 3、金属中能量高于势垒顶的电子都能到达半导体； 4、平衡势垒高度 MS接触的热电子发射理论（Bethe理论） 金属 N半导体 阻挡层 以金属/N型半导体接触为哩进行讨论： N半导体均匀掺杂，掺杂浓度： 忽略载流子在阻挡层的碰撞，能量 高于势垒的载流子，可以隧道穿透 阻挡层进入金属，与势垒形状无关 根据假设， 势垒高度： （1）半导体单位体积中能量 的电子浓度 0 两球面间体积 的电子浓度， 0 单位体积中， 单位时间，从半导体内到达M/S界面的电子浓度， 到达M/S界面的电子若发射到金属，必须满足， M S 阻挡层 得到从半导体发射到金属的电子电流密度， —— 有效理查逊常数 金属电子进入半导体的势垒高度不随外加电压变化，其电子电流密度等于不加电压时从半导体到金属的电子电流密度（方向相反）， 总电流密度， （与外加电压无关，强烈依赖温度） 扩散理论、热电子发射理论的适用范围 扩散理论适合阻挡层宽度远大于载流子平均自由程（半导体杂质浓度很低）的情况，热电子发射理论适合阻挡层宽度远小于载流子平均自由程（半导体杂质浓度很高）的情况。 —— 肖特基扩散理论 —— 热电子发射理论 —— 发射-扩散综合理论 镜象力、隧道效应对MS接触I-V特性的影响 实际 理论 反向电流 反向电压 0 镜象力的影响 电子 镜像电荷 无限大导体外的电子在导体表面感应正电荷。正电荷与电子的相互作用力，与导体另一侧同样距离的一个镜像正电荷与电子的相互作用力（镜像力）等效， 无限大导体 电子从 点移动到无穷远，镜像力做功等于电子在 点的镜像力势能， 考虑镜像力作用，表面阻挡层中载流子势能， 无镜像力作用势能 镜像力势能 总势能 表面电场作用力 镜像力 不考虑镜像力势能 M S 阻挡层 在镜象力和表面电场力平衡点，表面势垒达到最大， 反向电压下，金属电子逸出到半导体的势垒高度近似等于 处势能值， 几十毫电子伏特 镜向力势能形成的势垒高度降低量， 降低量随反向电压增加而增加，考虑镜象力后扩散模型下的反向饱和电流， （随反向电压增加而增加，不饱和） （随反向电压增加而增加，不饱和） 同理，考虑镜像力势能后，热电子发射模型下的反向饱和电流， 隧道效应的影响 电子 存在一个临界势垒厚度，势垒厚度大于临界势垒厚度，电子穿透几率为零。势垒厚度小于势垒厚度，电子穿透几率为1。这种效应等效为有效势垒高度降低。 能量低于势垒顶的导带电子穿透势垒的几率， 电子从金属逸出到半导体的有效势垒高度， 隧道效应产生的有效势垒高度降低量， （随反向电压增加而增加，不饱和） 特点：1、正向电流由半导体多子注入金属形成，注入电子在金属中不积累，直接漂移流走，高频特性好；2、正向导通电压0.3V左右，比PN结二极管低；3、制作工艺简单；4、制作MS结构后，不能有高于MS合金温度的工艺； 肖特基二极管 M S I V 0 + - 反向 正向 以N型阻挡层为例： 空穴势垒顶点（内边界点） 电子势垒顶点 7.3 MS接触中的少子注入、欧姆接触 空穴积累层 电子耗尽层 MS接触中的少子注入 平衡能带图： 阻挡层两端平衡空穴浓度： 设电子势垒顶点在界面，阻挡层两端平衡电子浓度： 空穴浓度差使空穴自表面向体内扩散，平衡状态下，扩散流与势垒区电场产生的空穴漂移流抵消。正向电压下，势垒降低，空穴扩散大于空穴漂移，空穴在内边界处堆积，不断扩散到半导体内部，形成空穴扩散电流（少子注入），对MS接触的正向电