半导体物理学简明教程陈治明5单元金属和半导体的接触教程.pptVIP

PPT研究院 POWERPOINT ACADEMY * * * * 本节内容小结 1、半导体的功函数 2、阻挡层的形成 3、表面态对金－半接触的影响 1、半导体的功函数 E0 EFS Wm 2、阻挡层的形成 金属－n型半导体接触 WM＞WS 金属－p型半导体接触 WM＜WS 3 表面态对金－半接触的影响 表面态改变了半导体的功函数，使金-半接触的势垒高度不等于功函数差 高表面态密度的半导体可以屏蔽金属接触的影响 如果用表面态密度很高的半导体与金属相接触，由于半导体表面释放和接纳电子的能力很强，整个金属－半导体系统费米能级的调整主要在金属和半导体表面之间进行。这样，无论金属和半导体之间功函数差别如何，由表面态产生的半导体表面势垒区几乎不会发生什么变化。平衡时，金属的费米能级与半导体的费米能级被钉扎在EFS0附近。这就是说，当半导体的表面态密度很高时，由于它可屏蔽金属接触的影响，使得半导体近表面层的势垒高度和金属的功函数几乎无关，而基本上仅由半导体的表面性质所决定。 5.1.4 欧姆接触 不产生明显的附加阻抗，也不会像pn结那样以注入和抽取的方式使半导体的载流子密度发生改变. 任何两种物体的接触都会产生电阻，即接触电阻. 欧姆接触也不例外，但其阻值应为不随电压变化的常数，且在理想情况下应该趋于零 欧姆接触的实现似乎可以选择高电导的反阻挡层金属材料。但高密度表面态的存在使Ge、Si、GaAs这些常用半导体无论与什么样的金属接触都会形成阻挡层，很难形成反阻挡层 。 工程中通常不采用根据功函数选择金属材料的办法，而用对接触面实行重掺杂的方法形成欧姆接触，即通过重掺杂使半导体表面势垒区变得非常窄，借助隧穿效应将势垒接触变为欧姆接触 。 重掺杂pn结的空间电荷区可以薄到电子的隧穿长度之下。这样的pn结因电子隧穿而失去空间电荷区对载流子的阻挡作用。对金－半接触而言，如果半导体是重掺杂，其阻挡层也会很薄。 制作欧姆接触最常用的方法就是在半导体表面首先形成一个同型重掺杂薄层，然后再淀积金属，形成金属-n+n或金属-p+p结构。由于低阻接触层的引入，金属的选择就比较自由。 在半导体表面淀积金属电极的方法很多，常用的有蒸发、溅射和电镀等。 第五章 金属和半导体的接触 5.1金属?半导体接触及其平衡态 5.1.1 金属和半导体的功函数 5.1.2 有功函数差的金-半接触 5.1.3 表面态对接触电势差的影响 5.1.4 欧姆接触 5.2 金属?半导体接触的非平衡状态 5.2.1 不同偏置状态下的肖特基势垒 5.2.2 正偏肖特基势垒区中的费米能级 5.2.3 厚势垒区金属?半导体接触的伏安特性 5.2.4 薄势垒区金属?半导体接触的伏安特性 5.2.5 金?半接触的少子注入问题 5.2.6 非平衡态肖特基势垒接触的特点及其应用 5.2 金属?半导体接触的非平衡状态 5.2.1 不同偏置状态下的肖特基势垒 5.2.2 正偏肖特基势垒区中的费米能级 5.2.3 厚势垒区金属?半导体接触的伏安特性 5.2.4 薄势垒区金属?半导体接触的伏安特性 5.2.5 金?半接触的少子注入问题 5.2.6 非平衡态肖特基势垒接触的特点及其应用 5.2.1 不同偏置状态下的肖特基势垒 一、势垒高度 二、势垒区的宽度、电场和电容 三、电流密度 一、势垒高度 平衡态肖特基势垒接触的半导体表面与体内电位之差(表面势)为VD 当有外加电压U全部降落于其上时,二者之间的电位差即变为VD＋U,阻挡层电子势垒的高度也相应地从qVD变为q(VD+U)。 正偏置时U与平衡态表面势VD符号相反,阻挡层势垒高度为q(VD－U)；反偏置时U与平衡态表面势VD符号相同,阻挡层势垒高度为q(VD＋U) 由于外加电压在金属一侧没有降落,偏置状态下,电子在金属一侧的势垒高度q?M不会随电压变化而变化，永远保持其平衡态的高度不变。 WM＞WS的金属与n型半导体接触处于不同偏置状态的能带示意图 二、势垒区的宽度、电场和电容 金属和n型半导体接触形成肖特基势垒接触时，金属表面荷负电且有远高于半导体的电荷密度，半导体近表面区则存在等量的正空间电荷，其分布情况和具有同样电场分布的p+n单边突变结完全相同,势垒区可近似为一个耗尽层。设均匀掺杂，耗尽层中电荷密度为qND 。 + + + + + + xD x 平衡态势垒区的宽度XD,最大电场强度Em和势垒比电容CTS分别为 偏置状态下 偏置状态下半导体一侧的空间电荷区宽度、最大电场强度、势垒比电容都随着外加电压的变化而变化，与单边突变结完全类似。 三、通过势垒的电流密度 正偏置时，从半导体进入金属的载流子数会因势垒高度的降低而显著增加，但从金属到半导体的同类载流子则因肖特基势垒高度q?M不变而没有变化，因而形成较大的正向电流。