金属氧化物材料的功函数和势垒调控研究
GaN材料的欧姆接触研究进展
GaN 材料的欧姆接触研究进展摘要：III-V 族GaN 基材料以其在紫外光子探测器、发光二极管、高温及大功率电子器件方面的应用潜能而被广为研究。
低阻欧姆接触是提高GaN 基器件光电性能的关键。
金属/GaN 界面上较大的欧姆接触电阻一直是影响器件性能和可靠性的一个问题。
对于各种应用来说，GaN 的欧姆接触需要得到改进。
通过对相关文献的归纳分析，本文主要介绍了近年来在改进n-GaN 和p-GaN 工艺、提高欧姆接触性能等方面的研究进展。
关键词：GaN;欧姆接触0 引 言近年来，氮化镓（GaN ）因其在紫外探测器、发光二极管（LED ）、高温大功率器件和高频微波器件等领域的广泛应用前景而备受关注。
实现金属与GaN 间的欧姆接触是器件制备工艺中的一个重要问题。
作为宽带隙材料代表的GaN 具有优异的物理和化学性质,如击穿场强高,热导率大,电子饱和漂移速度快,化学稳定性好等,在蓝绿光LEDs,蓝光LDs,紫外探测器及高温、微波大功率器件领域具有诱人的应用前景。
近年来GaN 基器件的研究取得了巨大进展,但仍面临许多难题,其中获得良好欧姆接触是制备高性能GaN 基器件的关键之一,特别是大工作电流密度的半导体激光器及高温大功率器件更需要良好的欧姆接触。
欧姆接触是接触电阻很低的结，它不产生明显的附加阻抗，结的两边都能形成电流，也不会使半导体内部的平衡载流子浓度发生显著改变。
本文主要介绍了2006年以来部分期刊文献中有关n-GaN 和p-GaN 器件欧姆接触研究的进展。
1 欧姆接触原理及评价方法低阻的欧姆接触是实现高质量器件的基础。
根据金属-半导体接触理论,对于低掺杂浓度的金属-半导体接触,电流输运由热离子发射决定,比接触电阻为:KTq T qA K Bn c Φ•=ex p *ρ式中:K 为玻尔兹曼常数,q 为电子电荷,A*为有效里查逊常数,ΦBn 为势垒高度,T 为温度。
对于较高掺杂的接触,此时耗尽层很薄,电流输运由载流子的隧穿决定,比接触电阻为⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛Φoo Bn E q exp ∝c ρ，m N qh s d επ4E oo =，式中s ε为半导体介电常数，m 为电子有效质量，d N 为掺杂浓度，h 为普朗克常量。
金属材料表面功函数的计算方法研究
金属材料表面功函数的计算方法研究金属材料表面功函数是指单位面积表面上电子从表面跃迁至真空态需要克服的最小能量。
它是描述金属电子亲和力及气体分子吸附性质的重要物理量。
由于表面的微观结构和化学成分，不同金属材料的表面功函数差异较大，因此表面功函数的精确测量和计算十分重要。
一般来说，表面功函数可以通过实验方法和理论方法进行计算。
实验方法主要采用外场电子发射（外电场、光子能量等）和X射线光电子能谱（XPS）测量，其中XPS是目前最为常用的手段之一。
通过掌握基准样品的表面功函数值，可以计算出待测样品的表面功函数大小。
然而，这种方法的测量结果难以获得高精度，同时也受到基准样品和压力温度等外部因素的影响。
理论方法则主要采用量子化学计算方法，如密度泛函理论（DFT）、广义梯度近似（GGA）等。
其中DFT方法是目前最重要的一种理论计算方法，可以在原子层面上计算出基态电子密度及表面能，并得出表面功函数的值。
DFT方法可以通过建立复杂的晶格模型和考虑多种因素（如离子休克、晶格振动等）来提高计算精度和准确性，可以避免实验方法中受到外部因素影响的问题。
除DFT方法外，还存在一些其他理论计算方法，如累积梯度近似（LDA）、自洽电子结构计算方法（SCF）等。
这些方法在计算过程中通常需要考虑晶格对电子结构的影响，以及光子和电子间的相互作用等因素。
虽然这些方法的计算过程相对较为复杂，但是在某些情况下可以获得更优秀的计算结果。
目前，不同的计算方法在不同材料系统中的适用性正在不断探索和发展。
总而言之，金属材料表面功函数的精确计算对于材料科学和工程领域具有重要意义。
目前，实验方法和理论计算方法在对表面功函数进行研究上正不断完善，日益发展。
未来，表面功函数的测量和计算方法将进一步有望提高其计算精度和准确性，为材料表面技术开拓更广阔的应用前景。
半导体物理与器件-第十章-MOSFET基础(1)(MOS结构-CV特性)
11.2.2反型状态(高频)
加较大的正栅压，使反型层电荷出现，但栅 压变化较快，反型层电荷跟不上栅压的变化， 只有耗尽层电容对C有贡献。此时，耗尽层宽 度乃至耗尽层电容基本不随栅压变化而变化。
C' (inv)
C' (dep)min
tox
ox ox
tox
xdT
f 5 ~ 100Hz
f ~ 1MHz
强反型状态(低频)
加大的正栅压且栅压变化较慢，反型层 电荷跟得上栅压的变化
C' (inv)
Cox
ox
tox
平带 本征
41
10.2 C-V特性
n型与p型的比较
负偏栅压时为堆积模式， 正偏栅压时为反型模式。
p型衬底MOS结构
n型衬底MOS结构
正偏栅压时为堆积模式， 负偏栅压时为反型模式。
42
10.2 C-V特性
Cox
Cox
＋2 fp
ms
| Q'SD max | Cox
VFB＋2 fp
|QSDmax|=e Na xdT
f (半导体掺杂浓度,氧化层电荷,平带电压,栅氧化层电容）27
10.1 MOS电容 阈值电压:与掺杂/氧化层电荷的关系
P型衬底MOS结构
Q′ss越大，则VTN的绝对值 越大； Na 越高，则VTN的值（带符 号）越大。
栅压频率的影响
43
小节内容
理想情况CV特性
CV特性概念 堆积平带耗尽反型下的概念 堆积平带耗尽反型下的计算
频率特性
高低频情况图形及解释
44
10.2.3固定栅氧化层电荷和界面电荷效应
对MOS的C-V的影响主要有两种： （1）固定栅氧化层电荷 （2）氧化层-半导体界面电荷
半导体物理作业(七)答案
第七章金属和半导体的接触1. 基本概念1）什么是金属的功函数？答：金属费米能级的电子逸出到真空中所需要的能量，即()m F m E E W −=0。
其中E 0：真空中电子的静止能量，(E F )m ：金属的费米能。
随着原子序数的递增，金属的功函数呈周期性变化。
2）什么是半导体的电子亲和能？答：半导体导带底的电子逸出到真空中所需要的能量，即C 0E E −=χ。
其中E 0：真空中电子的静止能量，E C ：半导体导带底的能量。
3）以金属-n 型半导体接触为例，如果金属的功函数大于半导体的功函数，即W m >W s ，则半导体表面的空间电荷、电场和表面势垒具有什么特点？如果W m >W s ，又如何呢？答：金属-n 型半导体接触，如果W m >W s ，电子从半导体流向金属。
半导体表面形成正的空间电荷区，电场方向由体内指向表面，形成表面势垒。
在势垒区，空间电荷主要由电离施主形成，电子浓度比体内低很多，为高阻区域，称为阻挡层。
如果W m <W s ，电子从金属流向半导体，势垒区电子浓度比体内大很多，为高电导区，称为反阻挡层。
4）什么是表面态对势垒的钉扎？答：表面态密度存在时，即使不与金属接触，表面也会形成势垒。
高的表面态密度，可以屏蔽金属接触的影响，使半导体势垒高度几乎与金属的功函数无关，即势垒高度被高的表面态密度钉扎（pinned ）5）为什么金属-n 型半导体接触器件具有整流作用？答：外加电压V ，如果使金属的电势升高，由于n 型半导体高阻挡层为高阻区，外压V 将主要降落在阻挡层，则势垒下降，电阻下降。
反之，如果金属的电势下降，则势垒增高，势垒区电子减少（多子），电阻更高。
因此阻挡层具有类似于pn 结的整流作用。
6）以金属-n 型半导体接触为例，写出势垒宽度大于电子的平均自由程时，其扩散电流密度与电压的关系。
与pn 结的电流密度-电压关系比较，各自具有什么相同和不同的特点？答：金属-n 型半导体接触，扩散电流为⎟⎟⎠⎞⎜⎜⎝⎛−=1kT qV sD e J J ，()T k qVr D D sD D e V V qN J 02/102−⎭⎬⎫⎩⎨⎧−=εεσ 与pn 结的电流密度-电压关系比较，二者均具有单向性的特征；所不同的是，金属-n 型半导体接触的反向电流随外加电压增加呈1/2次方增加，而pn 结的反向电流不随电压变化。
不同功函数的金属接触
不同功函数的金属接触1. 介绍金属接触是材料科学中的重要研究领域。
金属接触的性质直接影响着电子传输和热传导等物质的基本性质。
对于金属接触，功函数是一个关键参数，它描述了从材料中电子的易位程度。
不同金属的功函数差异可导致电子的能级结构和电子流动的方式发生变化。
本文将讨论不同功函数的金属接触，重点探讨功函数对金属接触的影响。
2. 功函数的定义和意义功函数（work function）是指在零温下，从材料内部向无穷远处移走一个电子所需的能量。
功函数的大小与材料的电子亲和性有关，亦可用来表征金属的表面能量。
功函数的测量一般通过实验或计算方法得到。
功函数对金属接触的性质有着重要影响。
首先，功函数的大小直接影响着金属表面的电子状态密度。
功函数越大，表面态的能级越高，而低功函数则会导致更丰富的表面态。
其次，功函数也决定了电子的易位难度。
低功函数的金属电子易于向周围移动，而高功函数下的金属电子则相对困难。
因此，功函数的不同会导致金属接触的电子流动方式的变化。
3. 不同功函数金属接触的表面态差异3.1 低功函数金属接触低功函数的金属接触通常具有丰富的表面态。
这是因为低功函数使得金属表面能级较低，产生了额外的表面电子态。
这些表面态可以与其他金属或分子进行相互作用，从而影响电子传输的特性。
此外，低功函数还会促使金属表面形成反键化学键，与邻近原子形成较弱的键合。
这使得低功函数金属接触在化学反应和催化过程中具有重要的应用。
3.2 高功函数金属接触高功函数的金属接触通常表现出较少的表面态。
高功函数会使金属表面能级升高，减少了表面态的形成。
这种情况下，金属接触的电子流动主要通过界面态进行。
界面态是指金属表面和其他材料之间形成的能量较高的态，它们通常由界面反应形成。
高功函数金属接触还常常表现出较高的阻抗，这对于制备高品质的金属接触材料十分重要。
4. 功函数差异对电子流动的影响功函数差异对金属接触的电子流动方式有重大影响。
4.1 低功函数与高功函数金属接触低功函数与高功函数金属之间的接触会形成势垒，障碍了电子的传输。
金属和金属氧化物的功函
金属和金属氧化物的功函金属和金属氧化物的功函数是指在光电效应中，金属或金属氧化物表面的电子从价带跃迁到导带所需要的最小能量。
功函数是表征金属或金属氧化物表面电子发射能力的重要参数，对于理解光电效应、设计光电器件以及优化光电器件性能具有重要意义。
金属的功函数与其电子亲和能和电子亲和势有关。
电子亲和能是指将一个电子从无限远处移到金属表面所需要的能量，而电子亲和势是指将一个电子从金属表面移到无限远处所释放的能量。
金属表面的电子亲和能越小，电子亲和势越大，其功函数也就越小。
因此，金属的功函数与其电子亲和能和电子亲和势呈反比关系。
金属氧化物的功函数与其晶格结构、表面形貌、氧化态以及表面缺陷等因素有关。
一般来说，金属氧化物的功函数比金属要大，因为氧化物表面的电子亲和能和电子亲和势都比金属高。
此外，金属氧化物的表面缺陷和杂质也会影响其功函数，使其发生变化。
在光电器件中，金属和金属氧化物的功函数对器件的性能有着重要影响。
例如，在太阳能电池中，光照射到半导体表面时，光子会激发半导体表面的电子跃迁到导带，从而产生电流。
因此，半导体的功函数应该与太阳光的能量相匹配，以便光子能够被有效地吸收。
如果半导体的功函数过高或过低，将会导致光子不能被有效地吸收，从而影响太阳能电池的效率。
此外，在光电子学中，金属和金属氧化物的功函数也对光电子器件的性能有着重要影响。
例如，在光电倍增管中，金属表面的电子受到光子的激发后，会被加速到高速度，从而产生大量的次级电子。
因此，金属的功函数应该足够低，以便光子能够有效地激发金属表面的电子。
总之，金属和金属氧化物的功函数是表征其表面电子发射能力的重要参数，对于理解光电效应、设计光电器件以及优化光电器件性能具有重要意义。
在实际应用中，需要根据具体的应用场景选择合适的金属或金属氧化物，并调节其功函数以满足器件的要求。
金属和金属氧化物的功函探索
金属和金属氧化物的功函探索金属和金属氧化物是一种常见的材料，在许多领域都有着广泛的应用。
了解这些材料的功函特征对于深入理解它们的性质和应用至关重要。
在本文中，我将深入探索金属和金属氧化物的功函，并分享我对这个主题的观点和理解。
首先，我们来了解一下什么是功函。
功函数（Gibbs Free Energy）是热力学中的重要概念，用于描述物质在化学反应和相变过程中的稳定性和驱动力。
对于一个系统，其功函数可以通过以下公式计算：G = H - TS其中，G是功函数，H是热焓（enthalpy），T是绝对温度，S是熵（entropy）。
功函数可以告诉我们一个系统的总能量以及其在不同温度下的稳定性。
接下来，让我们来探讨金属的功函特征。
金属是一类具有良好导电性、热传导性和可塑性的材料。
金属的功函数通常表现为负值，即G<0。
这意味着金属在常温下对应着一个稳定的状态，具有较低的自由能。
金属的功函随温度的变化趋势取决于其化学反应和相变过程。
金属氧化物是由金属与氧元素形成的化合物。
与金属相比，金属氧化物的功函通常为正值，即G>0。
这意味着金属氧化物在常温下对应着一个不稳定的状态，具有较高的自由能。
金属氧化物的功函随温度的变化趋势也取决于其化学反应和相变过程。
在实际应用中，金属和金属氧化物经常发生反应，形成各种化合物和合金。
这些反应的驱动力可以通过功函来解释。
当金属与氧气发生反应形成金属氧化物时，自由能的增加使得反应具有驱动力。
反之，通过合适的条件和反应控制，金属氧化物可以被还原为金属，这是因为金属的自由能较低。
总结回顾一下，金属和金属氧化物的功函对于理解它们的稳定性和驱动力具有重要意义。
金属的功函通常为负值，而金属氧化物的功函则为正值。
随温度的变化，金属和金属氧化物的功函也会发生相应的变化。
在我的观点和理解中，功函不仅仅是描述材料性质的工具，还可以指导材料的合成和应用。
通过深入了解和研究金属和金属氧化物的功函特征，我们可以更好地设计和控制这些材料的性质和性能，以满足不同领域的需求。
锰钴镍氧薄膜的变温功函数研究
《装备维修技术》2020年第18期—67—锰钴镍氧薄膜的变温功函数研究马 超（成都工业学院 电子工程学院，四川 成都 611730）前言过渡金属氧化物中存在如自旋、电荷、轨道、晶格之间等诸多复杂的相互作用过程，从而表现出丰富的物理现象与性质，包括金属—绝缘体相变、高温超导、铁磁性、多铁性等[1]。
因而过渡金属氧化物在新型光、电、磁器件方面具有非常广阔的应用前景。
锰钴镍氧(Mn-Co-Ni-O)作为一类重要的过渡金属氧化物材料，具有优异的负温度电阻系数(NTC)特性、较宽范围的光谱响应以及适当的电阻值，而被广泛用于热敏电阻器件和非制冷型红外探测器中[2]。
然而传统的Mn-Co-Ni-O 材料生长方式是将锰钴镍三种元素的氧化物按一定比例混合，经过高温固态烧结工艺合成。
由于烧结温度过高使得该工艺不能和现代大规模硅晶体管器件工艺技术相兼容，只能制成分立元器件，实现单元探测，从而限制了其应用范围。
为同现代半导体微加工工艺结合，并向线列及焦平面器件方向发展，研究人员开始尽量降低薄膜的生长温度，使之能与半导体工艺兼容。
长久以来，人们对Mn-Co-Ni-O 材料的合成方法、电输运性质和器件的热敏特性等都进行了大量研究，为Mn-Co-Ni-O 材料在红外探测方面的应用打下了一定基础。
然而功函数作为半导体材料的一项重要物理性质，在不同温度下其值的大小将会影响异质结的势垒高度，导致载流子的注入能力改变，从而影响器件的工作效率[3]。
特别是在红外探测应用中，材料本身的温度也在不断变化之中。
因此，Mn-Co-Ni-O 材料随温度变化的功函数值就显得尤为重要。
本文主要利用开尔文探针力显微镜(KPFM)测得Mn-Co-Ni-O 薄膜在不同温度下的接触电势差图谱，从而得到薄膜材料功函数值随温度的变化关系。
为基于Mn-Co-Ni-O 材料的红外探测器件的设计提供理论依据。
1 实验按原子摩尔比Mn:Co:Ni=13:8:4称取一定量的乙酸锰、乙酸钴和乙酸镍，置于烧杯中，缓慢加入适量冰乙酸溶剂，使溶液浓度为0.2 mol/L。
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金属氧化物材料的功函数和势垒调控研究
金属氧化物材料作为一种新型的功能材料，在各个领域中有着广泛的应用。
它
们具有高温稳定性、优异的力学性能、超硬度等特点，因此受到了越来越多科学家的关注。
其中，功函数和势垒调控技术是一种常见的手段，用于改变金属氧化物材料的表面性质，以满足广泛的应用需求。
一、功函数调控技术
功函数是指材料表面电子动能与真空相离散能的差值，其大小影响着材料表面
的可见光吸收和能带结构等性质。
在金属氧化物材料中，功函数往往是其表面电子能带结构和性质的关键参数之一。
因此，通过调整功函数可以实现对其表面性质的调节。
目前最常用的功函数调节方法是通过改变表面化学组成或加入杂质等方式。
例如，通过表面化学修饰的方法，实现了阳离子掺杂的LaNiO3薄膜的功函数调控。
研究表明，掺杂阳离子后，薄膜的功函数比未掺杂薄膜降低了0.37 eV左右，这使
得其表面能带结构得到了优化。
同样地，通过改变Al2O3氧化物表面的羟基含量，也可以实现其功函数的调控。
具体而言，通过表面羟基化学反应，制备出具有不同羟基含量的Al2O3氧化物，实现了其对Li-Al-HO*的CO2选择性吸附的调控。
另外，利用表面自组装单分子膜修饰的方式，也可以实现对材料表面功函数的
调节。
例如，在氮化硅表面修饰一层含有氟的自组装单分子膜可以大幅度降低功函数，这对于氮化硅的光电传感器等应用具有重要意义。
二、势垒调控技术
势垒是指在光电化学反应过程中，光子与表面电子的相互作用所需克服的电势差。
势垒的高低影响着光电催化反应的效率和能带结构等性质。
通过调整势垒，可以实现对金属氧化物材料表面光电化学反应性能的调控。
目前最常用的势垒调节方法是通过吸附分子和表面修饰等方式实现的。
例如，
有机分子修饰的CdS光催化剂的势垒调控。
通过在CdS表面修饰含有羟基的有机
分子，可以改变CdS的势垒，并提高其光催化产氢的效率。
另外，也有研究显示，通过对Pt表面进行阴离子的修饰（如氧、硫、氮等），也可以实现其表面催化活
性的调控。
此外，还有一些新型的势垒调控技术出现。
例如，最近研发出的基于石墨烯的
光电催化剂，在同一光敏材料上跨越大范围的电位，从而实现了对势垒的精准调控。
三、未来的展望
金属氧化物材料的功函数和势垒调控技术有着重要的应用前景。
在太阳能电池、光电传感器和光催化剂等领域中，其应用潜力巨大。
未来，我们应该在功函数和势垒调控技术的基础上，进一步研究材料表面的纳米结构和表面缺陷等方面，以进一步提高材料的特性和应用性能。
同时，还需要发展更加智能化和高效化的调控手段，以满足不同领域对于金属氧化物材料的要求。