第九章 金屬半導體和半導體異質(zhì)結(jié)

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1、第九章金屬半導體和半導體異質(zhì)結(jié)第九章金屬半導體和半導體異質(zhì)結(jié)9.1肖特基勢壘二極管9.2金屬半導體的歐姆接觸9.3異質(zhì)結(jié)9.1肖特基勢壘二極管肖特基勢壘二極管示意圖9.1.1性質(zhì)上的特征金屬N型半導體金屬和n型半導體接觸前的平衡態(tài)能帶圖基本概念真空能級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)：從費米能級到真空能級的能量差電子親和勢：真空能級到價帶底的能量差金屬的功函數(shù)半導體的親和勢半導體的功函數(shù)畫能帶圖的步驟：1.畫出包括表面在內(nèi)的各部分的能帶圖2.使圖沿垂直方向與公共的E0參考線對齊，并通過公共界面把圖連起來3.不改變

2、半導體界面能帶的位置，向上或向下移動半導體體內(nèi)部分的能帶，直到EF在各處的值相等4.恰當?shù)匕呀缑嫣幍腅c,Ei,Ev和體內(nèi)Ec,Ev,Ei連接起來5.去除不重要的Figure9.1?m>?s兩個方向都存在電子流動的勢壘?B0=?m-?金屬中的電子向半導體中運動存在勢壘?B0叫做肖特基勢壘。半導體導帶中的電子向金屬中移動存在勢壘Vbi，Vbi就是半導體內(nèi)的內(nèi)建電勢外加電壓后，金屬和半導體的費米能級不再相同，二者之差等于外加電壓引起的電勢能之差。金屬一邊的勢壘不隨外加電壓而變，即：?B0不變。半導體一邊，加正偏，勢壘降低為Vbi-Va反

3、偏勢壘變高為：Vbi+VR正偏反偏肖特基二極管：正偏金屬的電勢高于半導體?M>?s，整流接觸正偏，半導體勢壘高度變低，電子從S注入M，形成凈電流I，I隨VA的增加而增加。反偏：勢壘升高，阻止電子從S向金屬流動，金屬中的一些電子能越過勢壘向半導體中運動，但這一反向電流很小。結(jié)論：?M>?s時，理想的MS接觸類似于pn結(jié)二極管、具有整流特性整流接觸歐姆接觸金屬和p型半導體接觸的平衡態(tài)能帶圖7.1金屬和半導體接觸及其能帶圖7.1金屬和半導體接觸及其能帶圖金屬一邊的勢壘高度：7.1金屬和半導體接觸及其能帶圖結(jié)論n形半導體p形半導體Wm>Ws

4、整流接觸歐姆接觸Wm

5、子，要在金屬表面感應出正電荷，同時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，則電子與感應正電荷之間的吸引力，相當于位于（-x）處時的等量正電荷之間的吸引力。正電荷叫鏡像電荷，這個吸引力叫鏡像引力電子鏡像電荷Figure9.4鏡像力的勢能將疊加到理想肖特基勢壘上，勢能在x=xm處出現(xiàn)最大值，（鏡像力和電場力平衡的地方），說明鏡像力使肖特基勢壘頂向內(nèi)移動，并且引起勢壘高度降低，這就是肖特基勢壘的鏡像力降低現(xiàn)象，又叫做肖特基效應。二、界面態(tài)對勢壘高度的影響前面討論的理想MS接觸，認為接觸勢壘僅由金屬的功函數(shù)決定的，實際上，半導

6、體表面存在的表面態(tài)對接觸勢壘有較大的影響。表面態(tài)位于禁帶中，對應的能級稱為表面能級。表面態(tài)分為施主型和受主型兩類。若能級被電子占據(jù)時呈電中性，施放電子后呈正電，稱為施主型表面態(tài)。若能級空著時呈電中性，而接受電子后呈負電，稱為受主型表面態(tài)。表面態(tài)存在一個距離價帶頂為?0的中性能級：電子正好填滿?0以下的所有表面態(tài)時，表面呈電中性；?0以下的表面態(tài)空著時，表面帶正電，呈施主型；?0之上的表面態(tài)被電子填充時，表面帶負電，呈現(xiàn)受主型。對于大多數(shù)半導體，?0約為禁帶寬度的三分之一。假設(shè)在n型半導體表面存在表面態(tài)：當EF低于?0時，?0之下有一

7、些態(tài)是空著的，表面呈正電，這些正電荷和金屬表面的負電荷所形成的電場在金屬和半導體之間的微小間隙中產(chǎn)生電勢差，所以半導體的耗盡層中需要較少的電離施主來平衡。結(jié)果自建勢被顯著降低，金屬一邊的勢壘也降低。半導體費米能級EF高于?0，則在?0和EF之間的能級基本上被電子填滿，表面帶負電。這樣半導體表面附近必定出現(xiàn)正電荷，成為正的空間電荷區(qū)，結(jié)果形成電子的勢壘，并使?B0增加。9.1.4電流-電壓關(guān)系金屬半導體結(jié)中的電流輸運機制，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程是電子運動通過勢壘。這種現(xiàn)

8、象可以通過熱電子發(fā)射理論來解釋。熱電子發(fā)射現(xiàn)象基于勢壘高度遠大于kT這一假定。Jsm是電子從半導體擴散到金屬中的電流密度，Jms是電子從金屬擴散到半導體中的電流密度。??隨著電場強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