薄膜材料物理--薄膜的表面和界面1

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1、第四章薄膜的表面和界面(续)第11讲在研究薄膜中，表面：固体和气体或真空的分界面界面:固体和固体的分界面几何表面：表面的几何分界面。物理表面：一个电子结构不同于内部的表面区域由于具体的材料不同，表面区的厚度有很大的差异薄膜的常用厚度为几十到几百nm.金属的表面区只有一.二个原子层；半导体的表面区，却有几个，甚至几千个原子层；电介质的表面区更厚。金属表面带正电，半导体的界面层中带负电，由电子增多，所以半导体界面层的费米能解的价带顶的距离增大，价带向下弯曲正电荷面金属一侧半导体一侧负电荷层（空间电荷层），由电离的受主构成当Φm<Φs时，金属与p

2、型半导体接触后，电子从逸出功小的材料移向逸出功大的材料，即从金属移向半导体，Egm=Egs=EF形成双电层。对电子形成能谷，对空穴则成为位垒。(2)金属与p型半导体接触(a)接触前金属p型杂质能级p型金属(b)接触后(c)p型金属通向(d)p型金属阻向(e)p型金属图（c）：ρm=ρp’∴静电流为零（Vm=0,Vs=0）图（d）：Vm=0，Vs=+V，即半导体一侧接正半导体中的电子的能位下降，通向，正向或半导体中的空穴的能位上升∵ρs’>ρm电流为导致有较多的空穴从半导体流向金属：图（e）：Vm=0，Vs=-V，即半导体一侧接负半导体中的电

3、子能为上升，或半导体中的空穴能位下降但：对金属来说ρm很小.∴阻向，反向导致有空穴从金属流向半导体形成电流：ρm>ρs’’当Φm>Φs时，金属与p型半导体接触如图：(a)接触前p型金属杂质能级Φm>ΦsΦm>Φsp型金属(b)接触后接触后，电子从半导体流向金属，在半导体表面形成空穴，在金属表面积积累电子，从而形成双电层。对电子来说，界面处有相当大的位垒，但是对于空穴来说，情况正好相反。因而空穴很易从空穴从半导体流向金属，并瞬时得到中和。因为热激发，在金属导带中形成的空穴也很易流入半导体，所以这种接触没有整流效应，是欧姆接触∵有表面态的影响对

4、于金属与半导体薄膜的接触：须进行研究n型半导体Cds薄膜—碲，铂，金接触整流接触—铝，铬，铟接触欧姆接触(3)表面态对接触特性的影响接触界面的电荷分布和势垒是由金属表面态和半导体这三个电子系统的相互平衡决定，这三个系统美欧相互接触，如下EF’是表面态处于电中性时的费米能级，可将它看成是填满的和空的表面能解的分界线。金属p型接触前:各自处于电中性的情况→Φs’：从表面态EF’到真空能解的能量Φ0’：从表面态EF’到导带底的能量硅，锗，砷化镓等先讨论金属与表面态间的平衡∵Φm<Φs’∴电子从金属流入半导体表面态金属正，半导负，相应形成点位差（金

5、属一边为正）。∵金属为正，∴费米能级下降→整个金属能带下降q∵电子流进表面态表面态的费米能级升高间隙在金属n型原来金属的费米能级比表面态的高（），接触后，金属的费米能级下降q，表面态的费米能级上升从金属费米能级到半导体导带的能量，即位垒为：在没有表面态时，界面间距很小，其上电位差∵在补偿中，q为主，为辅。平衡很小可忽略在有表面态时，在上的电位差可达一伏特的数量级，此处电场大.这说明金属和表面态上单位面积的电荷多再考虑与半导体内部取得平衡由于半导体内部的Eg高于金属和表面态的费米能级，电子将从半导体流向金属和表面态双电层在半导体一边形成有一定

6、厚度的正空间电荷区，在空间电荷区中的电位差（半导体一边为正）使半导体内的能带连同费米能级一起下降，最后使金属表面态，半导体三个系统的费米能级都相同。在表面态很多，其能态密度很大的极端情况下，不管表面态和金属交换多少电子，表面态的EF’都将变化很小，甚至认为：金属n型为单位面积上由金属到表面态的电子数D为表面态单位面积的态密度（单位能量）所以，金属和表面态单位面积的电荷为在内的场强（来源于电场高斯定理）间的电位差为：所以在由平衡条件：但在一般情况下，金属的逸出功对（势垒高度）是有影响的，该式具体说明了势垒高度如何随金属逸出功而变化的。前面的系

7、数是一个分数对于n型硅：这个系数为说明势垒高度的变化只有金属逸出功的实际的金属——半导体接触一般都具有较高哦阿德表面态高度，所以，达到平衡时，界面处费米能级必然很接近原来表面态的费米能级对于大多数的主要半导体，在价带之上约处随变化的幅度要比小。金属n型FE金属p型FE(a)N型半导体(b)p型半导体金属-半导体接触时的位垒由图可知，处在图中Vs表示半导体表面相对于内部的电势差对于n型半导体，能带向上弯，构成对电子的位垒对于p型半导体，能带向下弯，构成对空穴的位垒金属与半导体接触，一般都会形成位垒，而构成整流接触（价带之上）的位置，如果在金属

8、——半导体接触时，无法避免产生位垒，则可采用以下形成欧姆接触不论是n型或p型半导体都将形成位垒第一种方法是用在半导体中高浓度掺杂，以减薄位垒，加强隧道效应。因为隧道长度就是空间电