半导体物理欧姆接触
半导体物理名词解释
半导体物理名词解释1.单电子近似：假设每个电子是在周期性排列且固定不动的原子核势场及其他电子的平均势场中运动。
该势场是具有与晶格同周期的周期性势场。
2.电子的共有化运动：原子组成晶体后，由于电子壳层的交叠，电子不再完全局限在某一个原子上，可以由一个原于转移到相邻的原子上去，因而，电子将可以在整个晶体中运动。
这种运动称为电子的共有化运动。
3.允带、禁带： N个原子相互靠近组成晶体，每个电子都要受到周围原子势场作用，结果是每一个N度简并的能级都分裂成距离很近能级，N个能级组成一个能带。
分裂的每一个能带都称为允带。
允带之间没有能级称为禁带。
4.准自由电子：内壳层的电子原来处于低能级，共有化运动很弱，其能级分裂得很小，能带很窄，外壳层电子原来处于高能级，特别是价电子，共有化运动很显著，如同自由运动的电子，常称为“准自由电子”，其能级分裂得很厉害，能带很宽。
6.导带、价带：对于被电子部分占满的能带，在外电场的作用下，电子可从外电场中吸收能量跃迁到未被电子占据的能级去，形成了电流，起导电作用，常称这种能带为导带。
下面是已被价电子占满的满带，也称价带。
8.（本证激发）本征半导体导电机构：对本征半导体，导带中出现多少电子，价带中相应地就出现多少空穴，导带上电子参与导电，价带上空穴也参与导电，这就是本征半导体的导电机构。
9.回旋共振实验意义：这通常是指利用电子的回旋共振作用来进行测试的一种技术。
该方法可直接测量出半导体中载流子的有效质量，并从而可求得能带极值附近的能带结构。
当交变电磁场角频率W等于回旋频率Wc时，就可以发生共振吸收，Wc=qB/有效质量10.波粒二象性，动量，能量P=m0v E=12P2m0P=hk1.间隙式杂质：杂质原子位于晶格原子间的间隙位置，称为间隙式杂质。
2.替位式杂质：杂质原子取代晶格原子而位于晶格点处，称为替位式杂质。
3.施主杂质与施主能级：能够释放电子而产生导电电子并形成正电中心。
它们称为施主杂质或n型杂质。
金属与半导体接触后如何形成欧姆接触__概述说明以及解释
金属与半导体接触后如何形成欧姆接触概述说明以及解释1. 引言1.1 概述金属与半导体接触后形成欧姆接触是实现电子器件正常工作的重要环节。
在现代电子技术中，金属与半导体之间的接触被广泛应用于各种电子器件中，如晶体管、二极管和集成电路等。
欧姆接触具有低接触电阻和稳定的电流传输特性，能够有效地实现金属与半导体之间的正常电荷传输。
因此，深入研究金属与半导体接触后形成欧姆接触的原理以及相关研究进展对于提高器件性能和发展新型器件具有重要意义。
1.2 文章结构本文将依次介绍金属与半导体相互作用原理、能带理论和费米能级对接触性质的影响、杂质浓度与载流子浓度之间的关系等方面内容。
随后，将详细讨论欧姆接触形成过程的研究进展，包括材料表面处理方法对欧姆接触的影响、接触面积和接触压力对欧姆接触性质的影响，以及界面反应动力学和电荷传输机制的研究进展。
接着介绍了欧姆接触测试方法及常用技术手段，并分析讨论了典型金属与半导体材料欧姆接触实验结果。
最后，总结实验结果并解释欧姆接触机制，同时指出目前研究中存在的不足并提出未来研究方向。
1.3 目的本文旨在系统地介绍金属与半导体接触后形成欧姆接触的原理、过程研究进展以及相关实验方法与结果分析。
通过深入探讨金属与半导体之间的相互作用机制、能带理论和费米能级对接触性质的影响以及杂质浓度与载流子浓度之间的关系，有助于提高对欧姆接触形成过程的理解。
此外，通过探索不同材料表面处理方法、接触面积和压力对欧姆接触性质的影响，并结合界面反应动力学和电荷传输机制等研究进展，可以为优化实验参数提供指导，并改善金属与半导体的欧姆接触质量。
最终，通过总结实验结果和展望未来研究方向，加深对欧姆接触机制的认识并进一步推动相关领域的发展。
2. 金属与半导体接触形成欧姆接触的原理2.1 金属与半导体相互作用金属和半导体之间的接触产生的电子传输是形成欧姆接触的基础。
当金属与半导体接触时，其能带结构和载流子浓度会发生变化，从而影响了电子在界面上的传输性质。
半导体物理与器件基础知识
一、肖特基势垒二极管欧姆接触：通过金属-半导体的接触实现的连接。
接触电阻很低。
金属与半导体接触时，在未接触时，半导体的费米能级高于金属的费米能级，接触后，半导体的电子流向金属，使得金属的费米能级上升。
之间形成势垒为肖特基势垒。
在金属与半导体接触处，场强达到最大值，由于金属中场强为零，所以在金属——半导体结的金属区中存在表面负电荷。
影响肖特基势垒高度的非理想因素：肖特基效应的影响，即势垒的镜像力降低效应。
金属中的电子镜像到半导体中的空穴使得半导体的费米能级程下降曲线。
附图：电流——电压关系：金属半导体结中的电流运输机制不同于pn结的少数载流子的扩散运动决定电流，而是取决于多数载流子通过热电子发射跃迁过内建电势差形成。
附肖特基势垒二极管加反偏电压时的I-V曲线：反向电流随反偏电压增大而增大是由于势垒降低的影响。
肖特基势垒二极管与Pn结二极管的比较：1.反向饱和电流密度（同上），有效开启电压低于Pn结二极管的有效开启电压。
2.开关特性肖特基二极管更好。
应为肖特基二极管是一个多子导电器件，加正向偏压时不会产生扩散电容。
从正偏到反偏时也不存在像Pn结器件的少数载流子存储效应。
二、金属-半导体的欧姆接触附金属分别与N型p型半导体接触的能带示意图三、异质结：两种不同的半导体形成一个结小结：1.当在金属与半导体之间加一个正向电压时，半导体与金属之间的势垒高度降低，电子很容易从半导体流向金属，称为热电子发射。
2.肖特基二极管的反向饱和电流比pn结的大，因此达到相同电流时，肖特基二极管所需的反偏电压要低。
10双极型晶体管双极型晶体管有三个掺杂不同的扩散区和两个Pn结，两个结很近所以之间可以互相作用。
之所以成为双极型晶体管，是应为这种器件中包含电子和空穴两种极性不同的载流子运动。
一、工作原理附npn型和pnp型的结构图发射区掺杂浓度最高，集电区掺杂浓度最低附常规npn截面图造成实际结构复杂的原因是：1.各端点引线要做在表面上，为了降低半导体的电阻，必须要有重掺杂的N+型掩埋层。
半导体的欧姆接触
半导体的欧姆接触(2012-03-30 15:06:47)转载▼标签：杂谈分类：补充大脑1、欧姆接触欧姆接触是指这样的接触：一是它不产生明显的附加阻抗；二是不会使半导体内部的平衡载流子浓度发生显著的改变。
从理论上说，影响金属与半导体形成欧姆接触的主要因素有两个：金属、半导体的功函数和半导体的表面态密度。
对于给定的半导体，从功函数对金属－半导体之间接触的影响来看，要形成欧姆接触，对于n型半导体，应该选择功函数小的金属，即满足Wm《Ws，使金属与半导体之间形成n型反阻挡层。
而对于p型半导体，应该选择功函数大的金属与半导体形成接触，即满足Wm》Ws，使金属与半导体之间形成p型反阻挡层。
但是由于表面态的影响，功函数对欧姆接触形成的影响减弱，对于n型半导体而言，即使Wm《Ws，金属与半导体之间还是不能形成性能良好的欧姆接触。
目前，在生产实际中，主要是利用隧道效应原理在半导体上制造欧姆接触。
从功函数角度来考虑，金属与半导体要形成欧姆接触时，对于n型半导体，金属功函数要小于半导体的功函数，满足此条件的金属材料有Ti、In。
对于p型半导体，金属功函数要大于半导体的功函数，满足此条件的金属材料有Cu、Ag、Pt、Ni。
2、一些常用物质的的功函数物质Al Ti Pt In Ni Cu Ag Au功函数4.3 3.95 5.35 3.7 4.5 4.4 4.4 5.203、举例n型的GaN——先用磁控溅射在表面溅射上Ti/Al/Ti三层金属，然后在卤灯/硅片组成的快速退火装置上进行快速退火：先600摄氏度—后900摄氏度——形成欧姆接触；p型的CdZnTe——磁控溅射仪上用Cu－3％Ag合金靶材在材料表面溅射一层CuAg合金。
欧姆接触[编辑]欧姆接触是半导体设备上具有线性并且对称的果电流-这些金属片通过光刻制程布局。
低电阻，稳定接触的欧姆接触是影响集成电路性能和稳定性的关键因素。
它们的制备和描绘是电路制造的主要工作。
半导体物理_第七章_金属和半导体的接触
电流很小，为反向偏置
3. V>0
金属接正极，半导体接负极
外加电压削弱了内建电场的作用，势垒降低；
金属一侧的势垒高度没有变化；
电流很大，为正向偏置
7.2.1 扩散理论
1.扩散理论的适用范围：
适用于厚阻挡层； 势垒宽度比载流子的平均自由程大得多，即
势垒区是耗尽区； ——半导体是非简并的
2.扩散理论的基本思想
扩散方向与漂移方向相反
无外加电压： 扩散与漂移相互抵消——平衡； 反向电压： 漂移增强——反偏；
正向电压：
扩散增强——正偏
3.势垒宽度与外加电压的关系
势垒的高度和宽度都随外加电压变化：
4.势垒区的伏安特性
根据扩散理论，势垒区的电流是由半导体一侧电子的扩散和 漂移运动形成的：
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。
（2）波长为185 nm的紫外光光子的能量为
3 108 34 19 E hv h 6.62 10 1.6 10 6.7eV 9 185 10 c
发射出来的电子能量： E=E0-W=6.7-2.5=4.2 eV
习题
习题
7.2.2 热电子发射理论
1.热电子发射理论的适用范围：
——适用于薄阻挡层 ——势垒高度 >>k0T ——非简并半导体 ln >> d
2.热电子发射理论的基本思想：
薄阻挡层，势垒高度起主要作用。 能够越过势垒的电子才对电流有贡献 ——计算超越势垒的载流子数目，从而求出电流密度。
3.势垒区的伏安特性
1、什么是欧姆接触？
欧姆接触应满足以下三点：
1、伏安特性近似为线性，且是对称的； 2、接触引入的电阻很小（不产生明显的附加阻抗）；
半导体物理名词解释总结
半导体物理名词解释1.有效质量：a 它概括了半导体内部势场的作用，使得在解决导体中电子在外力作用下的运动规律时，可以不涉及半导体内部势场的作用 b 可以由实验测定，因而可以很方便的解决电子的运动规律2.空穴：定义价带中空着的状态看成是带正电荷的粒子，称为空穴意义a 把价带中大量电子对电流的贡献仅用少量的空穴表达出来b金属中仅有电子一种载流子，而半导体中有电子和空穴两种载流子，正是这两种载流子的相互作用，使得半导体表现出许多奇异的特性，可用来制造形形色色的器件3.理想半导体（理想与非理想的区别）：a 原子并不是静止在具有严格周期性的晶格的格点位置上，而是在其平衡位置附近振动b 半导体材料并不是纯净的，而是含有各种杂质即在晶格格点位置上存在着与组成半导体材料的元素不同其他化学元素的原子 c 实际的半导体晶格结构并不是完整无缺的，而存在着各种形式的缺陷4.杂质补偿：在半导体中，施主和受主杂质之间有相互抵消的作用通常称为杂质的补偿作用5.深能级杂质：非Ⅲ、Ⅴ族杂质在硅、锗的禁带中产生的施主能级距离导带较远，他们产生的受主能级距离价带也较远，通常称这种能级为深能级，相应的杂质为深能级杂质6.简并半导体：当E-E F》k o T不满足时，即f（E）《1，[1-f（E）]《1的条件不成立时，就必须考虑泡利不相容原理的作用，这时不能再应用玻耳兹曼分布函数，而必须用费米分布函数来分析导带中的电子及价带中的空穴的统计分布问题。
这种情况称为载流子的简并化，发生载流子简并化的半导体被称为简并半导体（当杂质浓度超过一定数量后，载流子开始简并化的现象称为重掺杂，这种半导体即称为简并半导体7.热载流子：在强电场情况下，载流子从电场中获得的能量很多，载流子的平均能量比热平衡状态时的大，因而载流子与晶格系统不再处于热平衡状态。
温度是平均动能的量度，既然载流子的能量大于晶格系统的能量，人们便引入载流子的有效温度T e来描写这种与晶格系统不处于热平衡状态时的载流子，并称这种状态载流子为热载流子8.砷化镓负阻效应：当电场达到一定値时，能谷1中的电子可从电场中获得足够的能量而开始转移到能谷2，发生能谷间的散射，电子的动量有较大的改变，伴随吸收或发射一个声子。
半导体物理_第七章_金属和半导体接触
2、如何实现欧姆接触？
总结
总结
总结
总结
总结
需修正:①镜像力；②隧道效应
总结
习题
习题
习题
Ehvhc6.62103470301100891.61019 1.78eV Ehvhc6.621034 40301100891.61019 3.10eV
实质上是半导体价带顶部附近的电子流向金属，填充金 属中EF以下的空能级，而在价带顶附近产生空穴。
加正向电压时，少数载流子电流与总电流值比称为少数 载流子的注入比，用 表示。对n型阻挡层而言：
7.3.2 欧姆接触
1、什么是欧姆接触？
欧姆接触应满足以下三点： 1、伏安特性近似为线性，且是对称的； 2、接触引入的电阻很小（不产生明显的附加阻抗）； 3、不会使半导体内部的平衡载流子浓度发生显著改变。
空间电荷区 电子从体内到表面，势能增加，表面能带向上弯曲
2、WS >Wm 电子系统在热平衡状态时应有统一的费米能级
电子反阻挡层；低阻 ——欧姆接触
考虑价带的电子转移，留下更多的空穴，形成空间 电荷区。空穴从体内到表面，势能降低，能带向上 弯曲。
7.1.3 表面态对接触势垒的影响
金属和半导体接触前
7.2.2 热电子发射理论
1.热电子发射理论的适用范围：
——适用于薄阻挡层 ——势垒高度 >>k0T ——非简并半导体
lபைடு நூலகம் >> d
2.热电子发射理论的基本思想：
薄阻挡层，势垒高度起主要作用。 能够越过势垒的电子才对电流有贡献 ——计算超越势垒的载流子数目，从而求出电流密度。
欧姆接触现代半导体物理ppt课件
9.5 欧姆接触
金属-半导体的欧姆接触
金属-半导体之间为欧姆接 触时，金属的热电子功函 数应该等于半导体材料的 功函数，或者比N型半导体 的小（或者比P型半导体的 大），如图所示，半导体 表面为积累层。对于N型半 导体材料，电子从金属进 入N型半导体或从半导体进 入金属的势垒很小，或是 负的；同样对于P型半导体 材料，空穴从金属金土半 导体材料或从半导体材料 进入金属的势垒也很小， 或是负的。
4、如果两种材料接触处的电阻很小，而且电阻与电流方向及大小无 关，则称这种电接触为欧姆接触。
9.5 欧姆接触 形成欧姆接触的条件：
（1）金属与半导体间有低的势垒高度(Barrier Height) （2）半导体有高浓度的杂质掺入(N ≧10EXP12 cm-3)
9.5 欧姆接触
欧姆接触的评价标准：
1) 接触电阻很低：以至于不会影响器件的欧姆特性，即不会影响 器件I-V的线性关系。对于器件电阻较高的情况下（例如LED器件 等），可以允许有较大的接触电阻。但是目前随着器件小型化的 发展，要求的接触电阻要更小。 2) 热稳定性要高：包括在器件加工过程和使用过程中的热稳定性 。在热循环的作用下，欧姆接触应该保持一个比较稳定的状态， 即接触电阻的变化要小，尽可能地保持一个稳定的数值。 3) 欧姆接触的表面质量要好：且金属电极的黏附强度要高。金属 在半导体中的水平扩散和垂直扩散的深度要尽可能浅，金属表面 电阻也要足够低。
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EF
在表面态能级中存在一个距离EV约1/3禁带 宽度的特征能级q0 。
q0
EV
5 表面态使能带在表面层弯曲
qVD
EF
q0
q0
低密度表面态
qVD EF
高密度表面态
6 表面态改变半导体的功函数
E0
WS
Байду номын сангаас
WS
EF
qVD WS
Eg q0
EF q0
E0
qVD EF
欧姆接触 1、定义 2、如何实现欧姆接触？
不同偏置状态的肖特基势垒
理论的实用性（如何区分势垒区的宽窄？）
迁移率高的载流子有较大的平均自由程。因而在室温下， 这些半导体材料的肖特基势垒中的电流输运机构，主要是 多数载流子的热电子发射。
五、金-半接触的少子注入问题
n 型阻挡层也是空穴的积累层， 能带弯曲使积累层内比积累层外 空穴密度高，在表面最大。若用 p0表示积累层外的空穴密度，则 其表面密度为
由于Em是反偏压的函数，所以JSD 会随U缓慢变化，并不饱和。
q(VD-U)
qU
EFS
EFM 0
xd
x
薄势垒金-半接触的伏安特性
j
jSM
jMS
A
*
T
2e
qm kT
[e
qU kT
1]
qU
jST (e kT
1)
反向饱和电流密度
jST
A
*
T
2e
qm kT
（窄势垒）
qm
jSD qEmNCe kT
（宽势垒）
1金属－n型半导体接触 WM＞WS WM＜WS
2金属－p型半导体接触 WM＞WS WM＜WS
3 肖特基势垒接触 •WM＞WS的金属与n型半导体的接触或WM<WS的金属与p型半导体的接触。 在这种接触中，电子在接触的两侧面临不同势垒：qm=WM－ 和 qVD=WM － WS
4表面态
EC 表面态分为施主型和受主型；
qm
qVD
qm
q(VD－U) qm
qU
q(VD＋U)
－qU
零偏置
正偏置
负偏置
X D
20VD ,
qND
m
2qNDVD ,
0
CTS
0qND 0
2VD
XD
X D
20 (VD U ) , qND
m
2qND (VD U ) , 0
CTS
0qND 0 2(VD U ) X D
费米能级在表面阻挡层中的三种变化情况
六、肖特基势垒接触的特点和应用
1、多子导电，不存在额外载流子的注入和积累，偏压反向时 不出现反向恢复电流，高频特性好。功耗低。 2、在额定正向电流相同的情况下，正向压降低，反向漏电流 较大。
3、若无表面态影响，势垒高度可调范围大。
作业：5-4、5 、6
这个密度差将引起空穴自表面向内部扩散，平衡时被自建电场 的作用抵消。但加正向电压时，势垒降低，空穴的扩散相对其 漂移占优势，形成自外向内的空穴流，形成的电流与电子电流 方向一致，对正向电流有一定贡献。
但是，少子（空穴）扩散电 流的大小并不主要决定于热 平衡时能带弯曲的程度，而 主要决定于加上正向电压后 少子在扩散区边界的累积。
因此，少子对肖特基势垒二极管电流贡献的大小还决定于少 子从表面累积层进入半导体内之后的扩散效率。扩散的效率 越高，少数载流子对电流的贡献越大。
少子注入比 对于ND＝1015cm-3的n型硅和金形成的面接触二极管，当电流 密度为350A/cm2时，注入比约为5％。 点接触肖特基势垒二极管的少子注入效应比较明显 （§5.6）
EF
qm
EEFF
EF
(a) 一般情况
+
－
(b) 薄势垒
(c) 厚势垒
在n型半导体中，作为驱动电子从体内向界面扩散的动力，EF 在 阻挡层内会有一定的降落。同时，费米能级在金－半界面上一般 也有一定变化，以使电子由半导体向金属的发射超过由金属向半 导体的发射，形成由半导体流向金属的净电子流，如图(a)所示。 图(b)图(c)表示EF无降落和全部降落在势垒区的极端情况。
对肖特基势垒二极管电流电压特性的理论分析主要依据后两种 极端情况进行，分别称为热电子发射理论和扩散理论。
厚势垒金-半接触的伏安特性
qU
j jSD (e kT 1)
qm
jSD qEmNCe kT
当U＞0，且qU >> kT时
qU
j jSDe kT
当U＜0，且|qU| >> kT时 j jSD