金属半导体接触

可见原来的肖特基势垒在电子能量在x=0处下 降，也就是说使得肖特基的势垒高度降低。这 就是肖特基势垒的镜像力降低现象，又叫做肖 特基效应。
说明在大电场下，肖特基势垒被镜像力降低 了很多。
镜像力使肖特基势垒高度降低的前提是金属表
面的半导体导带要有电子存在。因此，在测量
势垒高度时，如果所用方法与电子在金属和半
• 1)高的工作频率和开关速度 • 肖特基势垒:无少字存储效应,所以频
率特性不受电荷存储效应限制, 只是 受到RC时间常数(τ=RC)限制。 • PN结:从正偏到反偏,存储的少子不能 立刻消失,并且速度受少子存储效应 的限制。 • 所以,肖特基二极管对于高频和快速 开关应用是理想的。
• (少子存储效应即电荷存储, pn结是
2)大的饱和电流
肖特基二极管是多子器件,而PN结二极管是少子器件,多子电流 要比少子电流大的多,即肖特基势垒二极管中的饱和电流远大于 具有同样面积的PN结二极管的饱和电流。
功函数：把一个电子从费米能级移到真空 能级所需做的功 亲和势：把一个电子不同，半导体中的电子就会渡越到金属， 使两者的费米能级拉平。
当把N型半导体与一个比它功函数大的金属紧密接触时，此时，金 属的费米能级小于半导体的费米能级，半导体中的电子能量较大，一部 分电子很容易的进入金属。使得金属因多余电子而带负电，半导体因缺 少电子而带正电。金属中的负电荷是以电子的形式存在的，其密度很高， 在N型半导体正电荷的吸引下，这些多余的电子就集中在界面处的金属薄 层中。半导体中的正电荷是以施主离子的形式出现的，分布在一定厚度 的区域中，形成空间电荷区。
空间电荷区的能带会发生弯曲，形成势垒。当势垒高度 增加到N区半导体中能够越过势垒而进入金属的电子和从 金属越过势垒进入N型半导体的电子数一样多时，就达到 平衡，平衡时，金属与半导体的费米能级也应该拉平。 整个势垒主要位于半导体表面而在金属的区域极薄，这 种势垒称为金属与半导体接触的表面势垒，也就是肖特 基势垒。势垒中的电场从N型半导体指向金属。
达到热平衡时形成稳定的自建电场和自建电势， 半导体能带向上弯曲，形成了阻止半导体中电 子向金属渡越的势垒。自建电势为：
0 m s
从金属流向半导体的电子需要跨过的势垒为：
从图示(b)可得q：b qm s b 0 Vn
对于P型半导体，如P型半导体的功函数大于金 属的功函数。当与金属紧密接触时，金属中的 电子跑向半导体（或者说半导体中的空穴跑向 金属），于是金属带正电，半导体带负电。这 些负电荷以电离受主杂质的形式分布在P型半导 体靠近表面的空间电荷区内，其电场方向由金 属指向半导体，所以这个表面势垒是阻挡空穴 从半导体流向金属。
对于均匀掺杂的半导体，肖特基势垒的空间 电荷区宽度为：
结电容为：
二 界面态对势垒高度的影响
在半导体表面处的禁带中存在着表面态，对应 的能级称为表面能级。 表面态通常按照能量连续分布，并且可以用一 中性能级E0表征。表面态一般分为施主型和受 主型。若能级被电子占据时呈现电中性（这时 被 占 据 的 界 面 态 高 达 E0 ， 且 E0 以 上 的 状 态 空 着），释放电子后呈现正电性，称为施主型表 面态；若能级空着时为电中性，接受了电子后 带负电，称为受主型表面态。
2 加偏压的肖特基势垒
q0
金
未加偏压
半导体
属
正向偏压
q0 q(0 V )
反向偏压
q0 q(0 VR )
整流 效应
如果在紧密接触的金属和半导体之间施加电压， 由于表面势垒的作用，加正反向电压时所产生 的电流大小不同，即有整流效应。当在金属一 边施加正电压半导体施加负电压时，N型半导 体的势垒高度降低，从N型半导体流向金属的 电子流大大增加，成为金属－半导体整流接触 的正向电流。反之，势垒高度增加，半导体流 向金属的电子流减小到接近零；而从金属流向 半导体的电子流还是同以前一样，从而出现了 金属流向半导体的小的电子流，这就是金属半 导体接触的反向电流。整流接触常用合金、扩
导体间的输运有关则所测得的结果是
；
如果测量方法只与耗尽层的空间电荷有关而不
涉及电子的输运（如电容方法），则测量结果
不受镜像力的影响。
空穴也产生镜像力，它的作用是使半导体能带 的价带顶附近向上弯曲，如图4-6所示。但是价 带顶不像导带底那样有极值，结果接触处的能 带变窄。
4.7肖特基势垒二极管和PN结二极 管比较
三 镜像力对势垒高度的影响
根据库仑定律，镜 像力为：
距离金属表面x处的电子的 电势能为：
这 里 边 界 条 件 取 为 x= ∞ 时 E=0 和 当 x=0 时 E=-∞ 。
将界面附近原来的势垒近似的看成线性的，因 而界面附近的导带底势能曲线为：
其中ε为表面附近的电场，等于势垒区的最大 电场（内建电场和外加电场）。总能量为：
整流结是形成通常肖特基势垒二极管或热载流子二极管的 基础； 非整流结不论外加电压的极性如何都具有低的欧姆压降， 而且不出现整流效应。
金属－半导体器件中最主要的有肖持基势垒二极管和肖持 基势垒效应晶体管。
一 肖特基势垒
表面势垒
金属与半导体接触时，会发生载流子的流动： 它是由于金属和半导体中电子能量状态不一样， 使得电子从能量高的地方到能量低的地方。电 子流向取决于两者“功函数”（溢出功）的相 对大小。
第四章 金属-半 导体结
前言
金属－半导体结由金属和半导体接触形成的。金属－半导 体接触出现两个最重要的效应：欧姆效应，若二者有整流 作用，则叫整流接触，反之，叫欧姆接触。这是整流效应 和由于金属与半导体相接触时在半导体表面形成一个“表 面势垒”这种因金属－半导体接触，通常称为“肖特基势 垒”。引起的表面势垒
图4-4 被表面态箝位的费 米能级
在大多数实用的肖特基势垒中，界面态在决定 Φb的数值中处于支配地位，势垒高度基本上与 两个功函数差以及半导体中的掺杂度无关。由 实验观测到的势垒高度列于表4-1中。可以发 现大多数半导体的能量E0是在离开价带边Eg/3 附近。在半导体中，由于表面态密度无法预知， 所以势垒高度是一个经验值。