半导体物理学课件第七章.ppt

半导体物理学 理学院物理科学与技术系 第七章 金属和半导体的接触 7.1 金属、半导体接触及其能级图 7.2 金属半导体接触整流理论 7.3 少子载流子的注入和欧姆接触 7.1 金属、半导体接触及其能级图 7.2 金属半导体接触整流理论 7.3 少数载流子的注入和欧姆接触 * * 1、金属和半导体的功函数 金属中的自由电子虽然能在金属中自由运动，但绝大多数所处的能级都低于体外能级。要使电子从金属中逸出，必须由外界给它以足够的能量。 金属功函数 对于半导体，要使电子从半导体中逸出，也必须给它们以相应的能量。和金属类似，半导体功函数定义为： 电子亲和势为： 其中 2、接触电势差 设想有一块金属和n型半导体，它们有共同的真空静止能级。 假定 接触前，未平衡的能级 平衡状态的能级 接触电势差 紧密接触 忽略间隙 当 很小时，接触电势差绝大部分落在空间电荷区。 金属一边的势垒高度是 金属和n型半导体接触能带图 当 ，形成阻挡层。 当 ，形成反阻挡层。 与p型半导体接触则正好相反。 3、表面态对接触势垒的影响 大量的测试表明，不同的金属，虽然功函数相差很大，而对比起来，它们与半导体接触时形成的势垒高度相差却很小。这主要是表面态的影响。 表面态 施主型表面态 受主型表面态 表面态密度钉扎 有外加电压时，若外加电压为正，势垒区高度下降 若外加电压为负，势垒区高度增加 外加电压对n型阻挡层的影响 （a）V＝0 （b）V0 (C)V0 1、扩散理论 半导体内电场为零，因而 金属费米能级除以－q作为电势零点，则有 势垒区中 外加电压V于金属，则 则势垒宽度为： 肖特基势垒 下面考虑通过势垒的电流密度。根据电流密度方程 在稳定情况下，J是一个与x无关的常数，从x＝0到x＝xd对上式积分，得 假定半导体是非简并的，并且体内浓度仍为平衡时的浓度n0。在x＝0处， 代入有： 2、热电子发射理论 当n型阻挡层很薄，以至于电子平均自由程远大于势垒宽度时，扩散理论显然不适宜了。在这种情况下，电子在势垒区的碰撞可以忽略，因此，起作用的是势垒高度。半导体内部的电子只要有足够的能量超越势垒的顶点，就可以自由地通过阻挡层进入金属，同样，金属中能超越势垒顶地电子也能到达半导体内。 半导体内单位体积中能量在E—E+dE范围内的电子数是 假定势垒高度 ，因而通过势垒交换的电子数只占半导体中总电子数很小的一部分。 若V为电子运动的速率，那么 代入有 上式表示单位体积中速率在v－v+dv范围内的电子数。 表示单位时间内可到达金属和半导体界面的电子数。 从半导体到金属的电子流所形成的电流密度为 电子从金属到半导体所面临的势垒高度不随外加电压变化。所以，从金属到半导体的电子流所形成的电流密度是个常量。 有效理查逊常数 总电流密度为 与扩散理论得到的J－V形式上是一样的，所不同的是JsT与外加电压无关，却是一个更强烈依赖于温度的函数。 3、镜像力和隧道效应的影响 1、少数载流子的注入 在前面的理论分析中，只讨论了多数载流子的运动，而完全没有考虑少数载流子的作用。实际上有些情况下，少数载流子的影响是显著的。 *