半导体 第七章 金属和半导体的接触.ppt
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1、第七章第七章 金属和半导体的接触金属和半导体的接触本章内容金属和半导体接触(4学时)金属半导体接触及其能级图;少数载流子的注入和欧姆接触。重点:金属和半导体之间接触的能带图,少数载流子的注入过程和形成欧姆接触的必要条件。7.1 7.1 金属半导体接触及其金属半导体接触及其能级图能级图金属功金属功函数函数7.1.1 7.1.1 金属和半导体的功函数金属和半导体的功函数金金属属中中的的电电子子虽虽然然能能在在金金属属中中自自由由运运动动,但绝大多数所处的能级都低于体外能级。但绝大多数所处的能级都低于体外能级。金属功函数随原子序数的递增呈现周期性变化金属功函数随原子序数的递增呈现周期性变化关于功函数
2、的几点说明关于功函数的几点说明:对对金属而言金属而言,功函数功函数Wm可看作是固定的可看作是固定的.功功函数函数Wm标志了电子在金属中被束缚的程度标志了电子在金属中被束缚的程度.对半导体而言对半导体而言,功函数与掺杂有关功函数与掺杂有关功功函数与表面有关函数与表面有关.功函数是一个统计物理量。功函数是一个统计物理量。半导体的功函数半导体的功函数WsE0与费米能级之差称为半导体的功函数。与费米能级之差称为半导体的功函数。Ec(EF)sEvE0Ws表示从表示从Ec到到E0的能量间隔:的能量间隔:称称为电子的亲和能,它表示要使半导体导带底的为电子的亲和能,它表示要使半导体导带底的电子逸出体外所需要的
3、最小能量。电子逸出体外所需要的最小能量。EnEp 故故 其中其中对半导体,电子亲和能对半导体,电子亲和能是固定的,功函数与掺杂有关是固定的,功函数与掺杂有关n半导体功函数与杂质浓度的半导体功函数与杂质浓度的关系关系 n型半导体型半导体:p型半导体型半导体:7.1.2 7.1.2 接触电势差接触电势差设想有一块金属和一块设想有一块金属和一块n n型半导体,并假定型半导体,并假定金属的功函数大于半导体的功函数,即:金属的功函数大于半导体的功函数,即:接触前:接触前:E Ec c(E(EF F)s sE Ev vE0 WWs sE En nWWm m(E(EF F)m mn金属和半导体间距离金属和半
4、导体间距离D D远大于原子间距远大于原子间距由于由于WmWs,即,即 EFmWWs s,半半导导体体表表面面形形成成正正的的空空间间电电荷荷区区,电电场场由体内指向表面,由体内指向表面,V Vs s00,形成表面势垒(阻挡层)。,形成表面势垒(阻挡层)。E En nE Ec cE Ev v(E(EF F)s sqVqVD Dq qnsnsWWm m 能能带带向向上上弯弯曲曲,形形成成表表面面势势垒垒。势势垒垒区区电电子子浓浓度度比体内小得多比体内小得多高阻区高阻区(阻挡层阻挡层)。n若若W Wm mW00。形形成高电导区(反阻挡层)。成高电导区(反阻挡层)。能带向下弯曲。这里电子浓度比体内大得
5、多,能带向下弯曲。这里电子浓度比体内大得多,因而是一个高电导的区域,称之为反阻挡层。因而是一个高电导的区域,称之为反阻挡层。E En nE Ec cE Ev v(E(EF F)s sqVDX-Wm金金属属与与p p型型半半导导体体接接触触时时,若若WWm mWWWs s,能带向上弯,能带向上弯曲,形成曲,形成P P型反阻挡层。型反阻挡层。n n型型p p型型WWm mWWs s阻挡层阻挡层反阻挡层反阻挡层WWm mW0V0若金属接电源正极,若金属接电源正极,n n型半导体接电源负极,则外加电压降方向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,使由金属
6、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。向半导体的正向电流。n(3 3)V0V0V0时,若时,若qVkqVk0 0T T,则,则n当当V0Vk|qV|k0 0T T,则,则n该该理理论论适适用用于于迁迁移移率率较较小小,平平均均自自由由程程较较短短的的半半导导体体,如氧化亚铜。如氧化亚铜。n当当n n型型阻阻挡挡层层很很薄薄,电电子子平平均均自自由由程程
7、远远大大于于势势垒垒宽宽度度。起起作作用用的的是是势势垒垒高高度度而而不不是是势势垒垒宽宽度度。电流的计算归结为超越势垒的载流子数目电流的计算归结为超越势垒的载流子数目。n假定,由于越过势垒的电子数只占半导体总电假定,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子数很少一部分,故半导体内的电子浓度可以视为常数视为常数。n讨论非简并半导体的情况。讨论非简并半导体的情况。热电子发射理论热电子发射理论n针对针对n n型半导体,电流密度型半导体,电流密度其中理查逊常数其中理查逊常数GeGe、SiSi、GaAsGaAs有较高的载流子迁移率,有较大的平有较高的载流子迁移率,有
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