哈工大_半导体物理__课件第七章.ppt

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1、第7章金属和半导体的接触7.1金属半导体接触及其能级图7.1.1金属和半导体的功函数金属功函数金属功函数随原子序数的递增呈现周期性变化7.1金属半导体接触及其能级图7.1.1金属和半导体的功函数关于功函数的几点说明:①对金属而言,功函数Wm可看作是固定的.功函数Wm标志了电子在金属中被束缚的程度.对半导体而言,功函数与掺杂有关②功函数与表面有关.③功函数是一个统计物理量半导体功函数电子亲和能故其中7.1金属半导体接触及其能级图7.1.1金属和半导体的功函数对半导体，电子亲和能χ是固定的，功函数与掺杂有

2、关7.1金属半导体接触及其能级图7.1.1金属和半导体的功函数半导体功函数与杂质浓度的关系（见表7-1）♦n型半导体:WS=χ+(EC-EF)♦p型半导体:WS=χ+[Eg-(EF-EV)]7.1金属半导体接触及其能级图7.1.2接触电势差金属与n型半导体接触为例（Wm>Ws）接触前7.1金属半导体接触及其能级图7.1.2接触电势差金属和半导体间距离D远大于原子间距7.1金属半导体接触及其能级图7.1.2接触电势差随着D的减小7.1金属半导体接触及其能级图7.1.2接触电势差若D小到可以与原子间距相比较若

3、Wm>Ws，半导体表面形成正的空间电荷区，电场由体内指向表面，Vs<0，形成表面势垒（阻挡层）。7.1金属半导体接触及其能级图7.1.2接触电势差7.1金属半导体接触及其能级图7.1.2接触电势差若Wm0。形成高电导区（反阻挡层）。7.1金属半导体接触及其能级图7.1.3表面态对接触电势的影响实验表明：不同金属的功函数虽然相差很大，但与半导体接触时形成的势垒高度却相差很小。原因：半导体表面存在表面态。表面态分为施主型和受主型。表面态在半导体表面

4、禁带中呈现一定分布，表面处存在一个距离价带顶为qФ0的能级。电子正好填满qФ0以下所有的表面态时，表面呈电中性。若qФ0以下表面态为空，表面带正电，呈现施主型；qФ0以上表面态被电子填充，表面带负电，呈现受主型。对于大多数半导体，qФ0越为禁带宽度的三分之一。7.1金属半导体接触及其能级图7.1.3表面态对接触电势的影响若n型半导体存在表面态，费米能级高于qФ0，表面态为受主型，表面处出现正的空间电荷区，形成电子势垒。势垒高度qVD恰好使表面态上的负电荷与势垒区的正电荷相等。7.1金属半导体接触及其能级图7

5、.1.3表面态对接触电势的影响存在表面态即使不与金属接触，表面也形成势垒。当半导体的表面态密度很高时，可以屏蔽金属接触的影响，使半导体内的势垒高度和金属的功函数几乎无关，有半导体表面性质决定。7.1金属半导体接触及其能级图7.1.3表面态对接触电势的影响7.2金属与半导体接触的电流－电压特性7.2.1整流特性电导的非对称性（整流特性）在某一方向电压作用下的电导与反方向电压作用下的电导相差悬殊的器件特性首要条件：接触必须形成半导体表面的阻挡层（形成多子的接触势垒）7.2金属与半导体接触的电流－电压特性7.

6、2.1整流特性（1）V=0半导体接触表面能带向上弯，形成n型阻挡层。当阻挡层无外加电压作用，从半导体流向金属的电子与从金属流向半导体的电子数量相等，处于动态平衡，因而没有净的电子流流过阻挡层。7.2金属与半导体接触的电流－电压特性7.2.1整流特性（2）V>0若金属接电源正极，n型半导体接电源负极，则外加电压降方向由金属指向半导体，外加电压方向和接触表面势方向相反，使势垒高度下降，电子顺利的流过降低了的势垒。从半导体流向金属的电子数超过从金属流向半导体的电子数，形成从金属流向半导体的正向电流。7.2金属与

7、半导体接触的电流－电压特性7.2.1整流特性（3）V<0当电源极性接法反过来，金属接正极，半导体接负极，外加电压方向和接触表面势方向相同，势垒高度上升，从半导体流向金属的电子数减少，而金属流向半导体的电子数占优势，形成从半导体流到金属的反向电流。7.2金属与半导体接触的电流－电压特性7.2.1整流特性当势垒宽度大于电子的平均自由程，电子通过势垒要经过多次碰撞，这样的阻挡层称为厚阻挡层。针对n型阻挡层，电流J与外加电压V的关系7.2金属与半导体接触的电流－电压特性7.2.1整流特性当V>0时，若qV>>

8、k0T，则当V<0时，若

9、qV

10、>>k0T，则该理论是用于迁移率较小，平均自由程较短的半导体，如氧化亚铜。7.2金属与半导体接触的电流－电压特性7.2.1整流特性当n型阻挡层很薄，电子平均自由程远大于势垒宽度。起作用的是势垒高度而不是势垒宽度。电流的计算归结为超越势垒的载流子数目。假定，由于越过势垒的电子数只占半导体总电子数很少一部分，故半导体内的电子浓度可以视为常数。讨论非简并半导体的情况。7.2金属与半导体