金屬半導(dǎo)體接面

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1、金屬半導(dǎo)體接面金屬半導(dǎo)體接面之前所提之pn接面為相同材料，只是摻雜種類不同的半導(dǎo)體相接。金屬半導(dǎo)體接面：可分為有整流作用的蕭特基位障（Schottkybarrier）以及非整流特性的歐姆接面(Ohmiccontact)。能帶關(guān)係（以n型半導(dǎo)體為例，假設(shè)?m>?s）功函數(shù)電子親和力相接時費米能階要相等，而且真空能階要連續(xù)。以金屬與n型半導(dǎo)體為例：電子由半導(dǎo)體流向金屬，半導(dǎo)體區(qū)留下正的施體離子，形成空乏區(qū)。真空能階：參考能階。?m：金屬的功函數(shù)。?s：半導(dǎo)體的功函數(shù)。?：半導(dǎo)體的電子親和力能帶關(guān)係（假設(shè)?m>?s）從金屬層往半導(dǎo)體看之位障為：?Bn又稱為蕭特基位障從半導(dǎo)體層往金屬看

2、之位障為Vbi由圖可看出，Vbi=?Bn-Vn能帶關(guān)係（續(xù)）順向偏壓下，由金屬至半導(dǎo)體之位障不變，但是由半導(dǎo)體至金屬的位障減少；反之，逆向偏壓下，由金屬至半導(dǎo)體之位障不變，但是由半導(dǎo)體至金屬的位障增加。熱平衡狀態(tài)順向偏壓逆向偏壓(+)(-)(-)(+)蕭特基接面分析利用電荷分佈關(guān)係（對x積分），可求得電場分佈：其中可再求得內(nèi)建電位之關(guān)係：順向為正，逆向為負(fù)接面電容空乏區(qū)之空間電荷面密度為：單位面積空乏區(qū)電容為：整理可得接面電容（續(xù)）以1/c2對偏壓作圖，為一斜直線，由斜率可求得摻雜濃度：另由截距可求出Vbi能帶關(guān)係(續(xù))對金屬與p型半導(dǎo)體接面而言，蕭特基位障為：實際之位障與理想

3、公式預(yù)測略有不同，主要因為實際之半導(dǎo)體有表面態(tài)階，會影響位障高度。一般說來，對矽與砷化鎵而言，?Bn的預(yù)測比實際低；?Bp的預(yù)測比實際高。界面態(tài)階對位障之影響假設(shè)金屬與半導(dǎo)體接面中間有一層很薄的氧化層，電子仍能穿透。：因界面氧化層產(chǎn)生的位能差假設(shè)在?0（表面電位）以上之界面態(tài)階為施體態(tài)階（即填有電子時為中性，空的時候帶有正電荷），以下為受體態(tài)階（即空的態(tài)階為中性，填滿電子時帶有負(fù)電荷）。donorstatesacceptorstates界面態(tài)階對位障之影響（續(xù)）假設(shè)界面態(tài)階界面態(tài)階密度為定值，為Dit(states/cm2-eV)：考慮兩個特殊狀況：情況一：Dit??，可得情況

4、二：Dit??0，可得…….理想表示式此時之位障只與能隙、表面電位有關(guān)，與金屬功函數(shù)、半導(dǎo)體的電子親和力無關(guān)。而費米能階變成在表面電位處，好像被釘住。Dit無法精確預(yù)測，故蕭特基位障高需由實驗決定。7.1.2TheSchottkyBarrier電流電壓關(guān)係主要由於多數(shù)載子，和pn接面不同。主要傳導(dǎo)機(jī)構(gòu)為熱離子發(fā)射—半導(dǎo)體中之電子越過位障而達(dá)到金屬。熱平衡狀態(tài)下，由金屬流向半導(dǎo)體的電子電流和由半導(dǎo)體流向金屬的電子電流相等，故淨(jìng)電流為零。電流電壓關(guān)係（續(xù)）順向偏壓下，由金屬流向半導(dǎo)體的電子電流不變，但是由半導(dǎo)體流向金屬的電子電流因位障降低而增加，故有淨(jìng)電流。逆向偏壓下，由金屬流向半

5、導(dǎo)體的電子電流不變，但是由半導(dǎo)體流向金屬的電子電流因位障增加而降低，只剩少許淨(jìng)電流。電流電壓關(guān)係（續(xù)）熱平衡狀態(tài)下，電子濃度為：電子電流正比於表面電子濃度順向偏壓下，電子濃度為：故順向偏壓下的淨(jìng)電流為：表面之Ec與EF的距離故此式逆向偏壓也可使用，將VF改為-VR即可。電流電壓關(guān)係（續(xù)）其中A＊稱為有效Richardson常數(shù)（A/K2-cm2），與有效質(zhì)量有關(guān)，因為可產(chǎn)生熱離子放射的電子濃度在計算時會用到gc(E)(傳導(dǎo)帶狀態(tài)密度)，故與m*有關(guān)。熱離子發(fā)射下，電子淨(jìng)電流可表示為其中飽和電流密度（順向偏壓時為正逆向偏壓時為負(fù)）n型矽為110，p型矽為32；n型砷化鎵為8，p型

6、砷化鎵為74。電流電壓關(guān)係（續(xù)）主要因半導(dǎo)體的有效質(zhì)量不同所造成少數(shù)載子會由金屬注入，產(chǎn)生的電流為：其中與p+n接面的擴(kuò)散電流相同在正常操作下少數(shù)載子的貢獻(xiàn)遠(yuǎn)小於多數(shù)載子所貢獻(xiàn)的電流。（這稱為單極性元件）蕭特基接面二極體與pn二極體的比較電流產(chǎn)生機(jī)制不同：頻率響應(yīng)不同：蕭特基接面二極體為多數(shù)載子熱離子放射pn接面二極體為少數(shù)載子擴(kuò)散結(jié)果：蕭特基接面二極體的飽和電流Js要大得多，起使電壓也較大。蕭特基接面二極體為多數(shù)載子元件，在順向偏壓下沒有擴(kuò)散電容，在逆向偏壓下，也沒有少數(shù)載子儲存電荷需要移除，所以切換速度快，適用於高頻元件。7.1.3TheOhmicContact歐姆接面此種

7、金屬半導(dǎo)體接面雙向皆可導(dǎo)通，且其接觸電阻遠(yuǎn)小於半導(dǎo)體的串聯(lián)電阻，當(dāng)電流通過時，其壓降可忽略。有兩種方式可形成：半導(dǎo)體為低濃度摻雜時………以n型半導(dǎo)體為例，使用?m?s的金屬材料，降低位障。半導(dǎo)體為高濃度摻雜時………減少位障寬度，產(chǎn)生穿透效應(yīng)。EF更靠近Ec，電子濃度更增加。小大歐姆接面的能帶圖（?m?s）＋＋金屬接正：電子像溜滑梯由半導(dǎo)體流向金屬。半導(dǎo)體接正：電子由金屬越過一小小的位障，流向半導(dǎo)體。EF更靠近E