不同功函数的金属接触
金属半导体接触及其能级图
q(V’s-Vm) Wm χ EF Ws En Ec
D Ev
(b)
金属和n型半导体接触能带图 金属和 型半导体接触能带图(Wm>Ws) (b) 间隙很大 型半导体接触能带图
金属半导体接触 及其能级图
接触电势差
q(V’s-Vm) Wm EF χ qфns qVD
Ws − Wm = Vms + Vs q qφns = qVD + En = −qVs + En = Wm −Ws + En = Wm − χ
金属中的
金属半导体接触 及其能级图
接触电势差
E0 χ
Ws En Ec (EF)S
Wm
(EF)m Ev (a) 金属和n型半导体接触能带图 金属和 型半导体接触能带图(Wm>Ws) 型半导体接触能带图 (a) 接触前
金属半导体接触 及其能级图
接触电势差
W s − Wm Vms = Vm − Vs = q ′ q(Vs − Vm ) = Wm − Ws ′
金属半导体接触及其能级图
金属半导体接触 及其能级图
金属和半导体的功函数
Wm = E 0 − (E F )m Wm
(EF)m E0 E0
Ws = χ + [ Ec − ( E F ) s ] = χ + E n χ = E0 − Ec En = Ec − ( E F ) s
χ Ws W s = E 0 − ( E F ) s Ec En (EF)S
qVD En Ec EF
金属半导体接触 及其能级图
表面态对接触势垒影响
E0 Wm (EF)m qфns (a) EF qфns (c) qVD Ec EF D (b)
半导体物理金属半导体接触及其平衡状态
Ge 0.45 0.48
0.48
qm(eV) Si
0.79
0.67
既然qm=WM－，那么，同种半导体与两种不同金属相接
触时，这两种金属的功函数差就应该是电子在两种接触中
的qφm之差。但是实际情况并非如此。 Why？
1、关于表面态
• 1）分布于半导体表面禁带之中的电
子态
EC
• 2）表面态分为施主型和受主型；
E0 Wm
EC EFS
材料
Si Ge GaAs
半导体功函数与杂质浓度的关系
(eV)
ND （cm-3）
WS (eV)
NA （cm-3）
1014
1015
1016
101410151064.05 4.37 4.31 4.25 4.87 4.93 4.99
4.13 4.43 4.37 4.31 4.51 4.57 4.63
一些金属元素的功函数
引自 “Metal-semiconductor Contacts” 1978年版
元素 Al Cu Au W Ag Mo Pt
功函数 4.18 4.59 5.20 4.55 4.42 4.21 5.43
（eV）
2、半导体的功函数和电子亲和能
WS E0 EFS
E0 EC WS (EC EFS )
作业：5-1、2、3
级，于是使表面带负电，同时在近
表面附近产生正的空间电荷区，形
成电子势垒，平衡时的势垒高度qVD 使电子不再向表面填充。
q0 高密度表面态将费米能级钉扎在q0
qVD EF
低密度表面态
qVD EF
高密度表面态
3、表面态改变半导体的功函数
E0
WS
金属-半导体接触(metal-semiconductorcontact)物理知识大全
金属-半导体接触（metal-semiconductorcontact）物理知识大全
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硅器件和集成电路中大量采用的铝-硅接触就是典型的实例。
金属-半导体接触中最重要的有两类典型接触：一类是金属与半导体的没有整流作用的接触，称为欧姆接触，这种接触与一个电阻等效;另一类是整流接触，具有类似于pn结的单向导电性。
上述特性是由于金属-半导体接触时，两者的功函数不同，电子可以从金属流向半导体，或半导体流入金属，从而使半导体表面形成表面势垒(又称阻挡层)或反阻挡层所致。
反阻挡层是很薄的高电导的区域，它对金属和半导体接触电阻影响很小。
表面阻挡层存在使金属-半导体接触具
有整流作用。
在半导体表面处的禁带中存在着表面态，对应能级称为表面能级。
表面能级对表面势垒有很大的影响。
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algan和金属接触功函数
algan和金属接触功函数
当AlGaN与金属接触时，涉及到接触功函数的问题。
接触功函
数是描述固体表面对外界金属的电子亲和力的物理量。
AlGaN是一
种氮化铝镓化合物，通常用作半导体材料，而金属则是一种导电材料。
当它们接触时，会发生电子转移和能级调整。
接触功函数的大
小和性质对于材料的电子输运性质和电子器件的性能具有重要影响。
在AlGaN与金属接触的过程中，金属的电子会与AlGaN的电子
云发生相互作用。
这种相互作用会导致电子的能级发生调整，从而
形成肖特基势垒。
接触功函数的大小决定了这个肖特基势垒的高度。
接触功函数越大，肖特基势垒越高，电子越难以穿越，电子器件的
性能也会受到影响。
此外，接触功函数还会影响AlGaN和金属之间的电荷转移和电
子亲和力。
金属的选择、处理和表面状态都会对接触功函数产生影响。
对接触功函数的研究有助于理解材料之间的界面特性，为光电
子器件的设计和制造提供重要参考。
总的来说，AlGaN与金属接触功函数的研究对于理解材料界面
特性、优化器件性能具有重要意义，需要综合考虑材料的物理化学性质、能带结构等多个方面因素。
如何形成欧姆接触_金半接触及异质结
如何形成欧姆接触_金半接触及异质结要理解欧姆接触、金半接触和异质结，首先需要了解几个基本概念和相关原理。
1. 欧姆接触（Ohmic Contact）欧姆接触是指两种材料之间形成的电接触，电流在接触面上能够以很低的接触电阻通过。
这意味着接触面上的电阻很小，电流能够自由地流动。
通常情况下，欧姆接触可以通过在两种材料之间加上足够高的压力来实现，从而确保良好的金属结晶和材料间的电阻足够小。
2. 金半接触（Schottky Contact）金半接触是指金属和半导体之间形成的电接触。
在金半接触中，金属被引入半导体材料中，形成了一个势垒。
这个势垒能够阻止电子往金属中移动，从而只有少数载流子能够通过接触面。
金半接触的形成可以通过将金属和半导体紧密接触，并在接触面上应用适当的压力。
此外，金半接触的形成还依赖于金属和半导体之间的电子亲和力差异。
3. 异质结（Heterojunction）异质结是指由不同半导体材料组成的结构，形成了两种具有不同带隙宽度的半导体之间的接触面。
在异质结中，由于带隙的差异，电子和空穴会在接触面上产生能量差异，从而促使电子和空穴在界面处发生二次击穿。
这种能量差异促进了电流的流动，并且异质结常用于电子器件中，如二极管、场效应晶体管等。
实现欧姆接触、金半接触和异质结的关键是确保接触面的良好导电性和匹配性。
下面将分别说明如何形成这三种结构。
1.形成欧姆接触的方法实现欧姆接触的关键是确保两种材料之间的良好接触和电性。
以下是一些常用的方法：-清洁接触面：对接触面进行彻底清洁，以确保表面没有杂质和氧化物。
这可以通过使用溶剂、超声波清洗和等离子体清洗等方法来实现。
-提高接触面积：增加接触面积可以降低接触电阻，可以通过增加接触面的厚度、使用粉末冶金技术和添加导电粉末等方法来实现。
-选择合适的金属：合理选择金属材料，以确保金属的导电性能和匹配性。
常用的金属包括铜、银、金等。
2.形成金半接触的方法实现金半接触的关键是在金属和半导体之间形成一个势垒。
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。
4.3功函数和接触电势差 固体物理研究生课程讲义
4.3.1 功函数
1.功函数
电子在深度为E0的势阱内， 要使费米面上的电子逃离金属，
至少使之获得=E0－ＥＦ的能 量，称为脱出功又称为功函
数。脱出功越小，电子脱离金
E0
ＥＦ
金属中电子的势阱和脱出功
属越容易。
2.里查孙－德西曼公式 热电子发射：电子从外界获得热能逸出金属的现象称为热 电子发射。 发射电流密度：
A)
上式说明两块金属的接触电势差来源于两块金属的脱出功 不同，而脱出功表示真空能级和金属费米能级之差，所以接触 电势差来源于两块金属的费米能级不一样高。
理论推导上式。
设两块金属的温度都是T，当他们接触时，每秒内从金属A
和金属B的单位表面积所溢出的电子数分别为：
I Ａ＝
4πm h3
(kBT )2 e A
2
)
h
kBT dv xdv ydv z
dn
2(
m
)3
(
e
EF
1 2
mv
2
)
h
kBTdvxdv ydvz
j ev x d n
e
2(
m h
)3
v
e(EF
x
1 mv 2
2
)
kBT dv xdv ydv z
设ox轴垂直金属表面，电子沿x方向离开金属，这就要求沿
x方向的动能
１ mv
2
2 x
必须大于E0，而vy，vz的数值是任意的，因
j ev xdn
v为电子运动速度，dn 为单位体积中速度在 v ~ v dv
之间的电子数。
j ev x d n
dv 中电
子数
d k 中电
子状态数
金属和半导体的功函数
2019/12/20
Semiconductor Physics
7
中国科学技术大学物理系微电子专业
（4）热平衡情形下M/S接触的能带关系
假设金属与半导体功函数差为：Wms，且一 般情况下不为0。
当金属和半导体形成接触时，如果二者的功 函数不同（费米能级不等），则会发生载流 子浓度和电势的再分布，形成肖特基势垒。 通常会出现电子从功函数小（费米能级高） 的材料流向功函数大的材料，直到两材料体
2019/12/20
Semiconductor Physics
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中国科学技术大学物理系微电子专业
Wm<Ws
空穴势垒
Wm>Ws
空穴势阱
2019/12/20
Semiconductor Physics
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中国科学技术大学物理系微电子专业
金属半导体接触的势垒高度
当金属与半导体形成紧密接触时，在热平衡下两 种材料的费米能级必须相等。此外，真空能级必 须是连续的。
内各点的费米能级相同（即Ef ＝常数）为止。
半导体体内载流子的再分布会形成载流子耗 尽或积累，并在耗尽区或积累区发生能带弯 曲，而在金属体内的载流子浓度和能带基本 没有变化。
2019/12/20
Semiconductor Physics
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中国科学技术大学物理系微电子专业
★ 金属和半导体接触电势差
一种典型情况: 讨论M/n型半导体, Wm>Ws(阻挡层）
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不同功函数的金属接触
金属接触现象是一种重要的物理现象，它涉及到各种不同的金属材料
的接触，产生电子传递和电子流动。
不同功函数的金属接触是一种常
见的现象，它涉及到两种或更多种不同性质的金属材料之间的接触。
不同功函数的金属接触可以引起电荷转移和电子流动。
在这种情况下，较低功函数的金属将失去电子，而较高功函数的金属将接受电子。
这
种电子转移会引起一个电势差，从而产生一个电场，从而促进电子流动。
如何确定金属的功函数？
金属的功函数是指将一个电子从静止位置移到外表面所需的最小能量。
定量测量这个值非常困难，但是可以通过使用肖特基效应来估算。
肖
特基效应是指在半导体/金属界面处产生的电场，电场可以通过肖特基系数来量化。
肖特基系数是表面散射速率和晶格缺陷密度的函数。
如何影响不同功函数的金属接触？
不同功函数的金属接触受到两个主要因素的影响：第一个是界面处的
电场，第二个是金属之间的化学反应。
电场在通常的金属接触过程中起着重要作用。
电场将在空间中形成势能梯度，这将驱动电子流动。
对于不同功函数的金属，电势差将在金属接触处形成。
这意味着电子将从较低功函数的金属向较高功函数的金属流动，从而产生一个电流。
另一个因素是金属之间可能发生的化学反应。
这些反应可能会导致金属的结构和构成发生变化，从而影响界面处的电势差和电场。
化学反应的影响通常比电场的影响更小，但它们的影响可能会进一步放大电荷转移和电流的作用。
不同功函数的金属接触在各种应用中都非常重要。
例如，在电力转换器和太阳能电池中，不同功函数的金属接触可能是关键因素，因为它们可以引起电荷转移和电流，从而增强整个系统的效率。
在半导体器件中，不同功函数的金属接触也是重要的，因为它们可以影响半导体器件的性能和可靠性。
总的来说，不同功函数的金属接触是一种非常重要的现象，它涉及到电荷转移、电子流动和界面处的化学反应。
了解不同功函数的金属接触的影响和机制，对于优化材料或设备的性能十分重要。