金屬半導(dǎo)體和半導(dǎo)體異質(zhì)結(jié).ppt

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1、第九章金屬半導(dǎo)體和半導(dǎo)體異質(zhì)結(jié)第九章金屬半導(dǎo)體和半導(dǎo)體異質(zhì)結(jié)9.1肖特基勢(shì)壘二極管9.2金屬半導(dǎo)體的歐姆接觸9.3異質(zhì)結(jié)9.1肖特基勢(shì)壘二極管肖特基勢(shì)壘二極管示意圖9.1.1性質(zhì)上的特征金屬N型半導(dǎo)體金屬和n型半導(dǎo)體接觸前的平衡態(tài)能帶圖基本概念真空能級(jí)E0:電子完全脫離材料本身的束縛所需的最小能量功函數(shù)：從費(fèi)米能級(jí)到真空能級(jí)的能量差電子親和勢(shì)：真空能級(jí)到價(jià)帶底的能量差金屬的功函數(shù)半導(dǎo)體的親和勢(shì)半導(dǎo)體的功函數(shù)畫(huà)能帶圖的步驟：1.畫(huà)出包括表面在內(nèi)的各部分的能帶圖2.使圖沿垂直方向與公共的E0參考線對(duì)齊，并通過(guò)公共界面把圖連起來(lái)3.不改變半導(dǎo)體界面能帶的位置，向上或向下移動(dòng)半導(dǎo)體體內(nèi)部分

2、的能帶，直到EF在各處的值相等4.恰當(dāng)?shù)匕呀缑嫣幍腅c,Ei,Ev和體內(nèi)Ec,Ev,Ei連接起來(lái)5.去除不重要的Figure9.1?m>?s兩個(gè)方向都存在電子流動(dòng)的勢(shì)壘?B0=?m-?金屬中的電子向半導(dǎo)體中運(yùn)動(dòng)存在勢(shì)壘?B0叫做肖特基勢(shì)壘。半導(dǎo)體導(dǎo)帶中的電子向金屬中移動(dòng)存在勢(shì)壘Vbi，Vbi就是半導(dǎo)體內(nèi)的內(nèi)建電勢(shì)外加電壓后，金屬和半導(dǎo)體的費(fèi)米能級(jí)不再相同，二者之差等于外加電壓引起的電勢(shì)能之差。金屬一邊的勢(shì)壘不隨外加電壓而變，即：?B0不變。半導(dǎo)體一邊，加正偏，勢(shì)壘降低為Vbi-Va反偏勢(shì)壘變高為：Vbi+VR正偏反偏肖特基二極管：正偏金屬的電勢(shì)高于半導(dǎo)體?M>?s，整流接觸正偏，半

3、導(dǎo)體勢(shì)壘高度變低，電子從S注入M，形成凈電流I，I隨VA的增加而增加。反偏：勢(shì)壘升高，阻止電子從S向金屬流動(dòng)，金屬中的一些電子能越過(guò)勢(shì)壘向半導(dǎo)體中運(yùn)動(dòng)，但這一反向電流很小。結(jié)論：?M>?s時(shí)，理想的MS接觸類(lèi)似于pn結(jié)二極管、具有整流特性整流接觸歐姆接觸金屬和p型半導(dǎo)體接觸的平衡態(tài)能帶圖7.1金屬和半導(dǎo)體接觸及其能帶圖7.1金屬和半導(dǎo)體接觸及其能帶圖金屬一邊的勢(shì)壘高度：7.1金屬和半導(dǎo)體接觸及其能帶圖結(jié)論n形半導(dǎo)體p形半導(dǎo)體Wm>Ws整流接觸歐姆接觸Wm

4、形成整流接觸還是歐姆接觸？如果是整流接觸，求肖特基勢(shì)壘的高度9.1.2理想結(jié)的特性半導(dǎo)體中空間電荷區(qū)的電荷、電場(chǎng)、電勢(shì)的分布假設(shè)半導(dǎo)體均勻摻雜Nd.類(lèi)比p+n單邊突變結(jié)得出取金屬的電勢(shì)為0勢(shì)能點(diǎn)結(jié)電容：由此曲線的截距可以得到Vbi，由斜率可以得到Nd，從而求得?n和?Bo235頁(yè)例29.1.3影響肖特基勢(shì)壘高度的非理想因素一、鏡像力對(duì)勢(shì)壘高度的影響在金屬-真空系統(tǒng)中，一個(gè)在金屬外面的電子，要在金屬表面感應(yīng)出正電荷，同時(shí)電子要受到正電荷的吸引，若電子距離金屬表面的距離為x，則電子與感應(yīng)正電荷之間的吸引力，相當(dāng)于位于（-x）處時(shí)的等量正電荷之間的吸引力。正電荷叫鏡像電荷，這個(gè)吸引力叫鏡

5、像引力電子鏡像電荷Figure9.4鏡像力的勢(shì)能將疊加到理想肖特基勢(shì)壘上，勢(shì)能在x=xm處出現(xiàn)最大值，（鏡像力和電場(chǎng)力平衡的地方），說(shuō)明鏡像力使肖特基勢(shì)壘頂向內(nèi)移動(dòng)，并且引起勢(shì)壘高度降低，這就是肖特基勢(shì)壘的鏡像力降低現(xiàn)象，又叫做肖特基效應(yīng)。二、界面態(tài)對(duì)勢(shì)壘高度的影響前面討論的理想MS接觸，認(rèn)為接觸勢(shì)壘僅由金屬的功函數(shù)決定的，實(shí)際上，半導(dǎo)體表面存在的表面態(tài)對(duì)接觸勢(shì)壘有較大的影響。表面態(tài)位于禁帶中，對(duì)應(yīng)的能級(jí)稱(chēng)為表面能級(jí)。表面態(tài)分為施主型和受主型兩類(lèi)。若能級(jí)被電子占據(jù)時(shí)呈電中性，施放電子后呈正電，稱(chēng)為施主型表面態(tài)。若能級(jí)空著時(shí)呈電中性，而接受電子后呈負(fù)電，稱(chēng)為受主型表面態(tài)。表面態(tài)存在一

6、個(gè)距離價(jià)帶頂為?0的中性能級(jí)：電子正好填滿?0以下的所有表面態(tài)時(shí)，表面呈電中性；?0以下的表面態(tài)空著時(shí)，表面帶正電，呈施主型；?0之上的表面態(tài)被電子填充時(shí)，表面帶負(fù)電，呈現(xiàn)受主型。對(duì)于大多數(shù)半導(dǎo)體，?0約為禁帶寬度的三分之一。假設(shè)在n型半導(dǎo)體表面存在表面態(tài)：當(dāng)EF低于?0時(shí)，?0之下有一些態(tài)是空著的，表面呈正電，這些正電荷和金屬表面的負(fù)電荷所形成的電場(chǎng)在金屬和半導(dǎo)體之間的微小間隙中產(chǎn)生電勢(shì)差，所以半導(dǎo)體的耗盡層中需要較少的電離施主來(lái)平衡。結(jié)果自建勢(shì)被顯著降低，金屬一邊的勢(shì)壘也降低。半導(dǎo)體費(fèi)米能級(jí)EF高于?0，則在?0和EF之間的能級(jí)基本上被電子填滿，表面帶負(fù)電。這樣半導(dǎo)體表面附近必

7、定出現(xiàn)正電荷，成為正的空間電荷區(qū)，結(jié)果形成電子的勢(shì)壘，并使?B0增加。9.1.4電流-電壓關(guān)系金屬半導(dǎo)體結(jié)中的電流輸運(yùn)機(jī)制，不同于pn結(jié)中少數(shù)載流子決定電流的情況，而是主要取決于多數(shù)載流子。肖特基二極管的基本過(guò)程是電子運(yùn)動(dòng)通過(guò)勢(shì)壘。這種現(xiàn)象可以通過(guò)熱電子發(fā)射理論來(lái)解釋。熱電子發(fā)射現(xiàn)象基于勢(shì)壘高度遠(yuǎn)大于kT這一假定。Jsm是電子從半導(dǎo)體擴(kuò)散到金屬中的電流密度，Jms是電子從金屬擴(kuò)散到半導(dǎo)體中的電流密度。??隨著電場(chǎng)強(qiáng)度和反偏電壓的增大而增大，反偏電流隨反偏電壓的增加而增