肖特基二极管半导体区域的功函数和金属的功函数
肖特基功函数
肖特基功函数肖特基功函数被广泛应用于固态物理和电子学领域。
它是描述在半导体界面上电子和空穴的分布和运动的一种数学工具。
肖特基功函数的概念最早由德国科学家沃尔夫冈·肖特基提出，他在20世纪30年代对金属-半导体界面和金属-半导体-金属结构进行了研究。
肖特基功函数是指半导体表面的电子能级与真空能级之间的能量差。
在半导体中，电子可以占据不同的能级，这些能级对应于电子的不同运动状态。
肖特基功函数描述了在半导体表面电子的能量状态，这对于了解半导体材料的性质和电子在界面上的行为至关重要。
肖特基功函数的值取决于半导体材料的特性以及与其接触的材料。
对于金属-半导体界面，肖特基功函数可以通过测量电子的逸出功来确定。
逸出功是指电子从材料表面逃逸所需的最小能量。
逸出功越高，肖特基功函数就越大。
而对于半导体-半导体结构，肖特基功函数的值可以通过测量界面处的电压差来确定。
肖特基功函数的大小直接影响着界面上电子和空穴的分布和运动。
在半导体器件中，肖特基势垒的形成可以阻止电子和空穴的自由移动，从而影响器件的性能。
通过调节肖特基功函数的大小，可以控制半导体器件的导电性能和能带结构，从而实现对器件性能的优化。
除了在半导体器件中的应用，肖特基功函数还被广泛用于表面科学和材料研究领域。
通过研究不同材料界面的肖特基功函数，可以了解材料之间的相互作用和界面电子的行为。
这对于开发新型材料和改进材料性能具有重要意义。
肖特基功函数是描述半导体界面上电子和空穴行为的重要工具。
它在固态物理和电子学领域具有广泛的应用。
通过研究肖特基功函数，我们可以深入了解材料的性质和界面电子的行为，从而为半导体器件的设计和材料研究提供理论基础。
大功率肖特基二极管制造
大功率肖特基二极管制造摘要：本文从势垒溅射工艺、势垒形成工艺和粗铝丝键合技术方面设计了高压大功率肖特基二极管。
关键词：大功率，肖特基二极管肖特基二极管具有开关频率高和正向压降低等优点，广泛应用于开关电源、逆变电路中，主要起到续流、整流作用。
为满足高功率密度、高效率PPU设计的需求，设计了高压大功率肖特基二极管。
1.势垒溅射工艺肖特基势垒简单来说是金属-半导体接触，但是不同的金属与不同的半导体掺杂浓度构成的势垒高度变化很多。
在电特性方面既要保证电流容量大的优势和反向击穿电压高、饱和压降低的特性，又要极小的反向电流。
这样就必须首先摸清它的技术特点，进行合理的设计。
为此，我们查阅了有关技术资料，对该产品的结构进行了非常细致的分析。
根据产品的各项电参数、各工艺的工艺条件、参数等，在设计上根据肖特基的势垒高度对实用肖特基二极管的电学性质有着重要的影响，为了制造不同性能的肖特基二极管，往往要求金-半之间有较高的势垒。
由于Mo虽有较低的势垒，与Ni势垒相当，Ti有较低的势垒，但漏电流较大。
在半导体工艺中一般做为粘附层金属使用，均不能单独应用到产品中；所以，我们成熟工艺是使用Ni、Pt、Cr等作为势垒金属，对不同势垒特性进行工艺试验。
表1 N型硅上金属的功函数及肖特基势垒高度表2 N型硅上金属硅化物肖特基势垒高度a) Ni-Si势垒的漏电流较小，势垒高度低，可以满足小电流芯片产品的电流要求；b) Pt-Si势垒的漏电流小，势垒较高，产品的正向压降VF较高；c) Cr-Si势垒的势垒高度低，但是漏电流较大，不能满足产品的反向漏电流IR要求。
根据以上单一金属得到的肖特基势垒特性工艺试验结果，我们设计选择小漏电流与结温较高的金属Pt来解决势垒金属问题。
镍通常用来与N型硅形成肖特基势垒，势垒高度随着工艺变化而变化，其变化范围在0.5eV-0.9eV。
一般NiSi/Si可形成0.64eV的势垒高度。
而NiPt/Si形成0.78eV左右的势垒高度。
第五单元 金属与半导体
各种金属与 二氧化硅, 硅,硒化镓 相接触时势 垒高度的实 测数值. χ M 为金属 的电子亲合 势.它与金 属功函数只 差一个常数. S为直线的 斜率.
巴丁用高密度表面态模型解释了这种与金属功函数几 乎无关的肖特基势垒,故称为巴丁模型. 巴丁模型:共价键半导体表面存在大量的表面态.这 些表面态来源于表面晶格周期排列中断造成的悬挂键 (这称为本征表面态)和吸附的外来原子(称为非本征表 面态).从这种半导体表面流到金属的电子主要来自表 面态,因此接触势垒与金属种类无关.由于离子健较 强的半导体的表面不存在悬挂键引起的本征表面态, 故它的势垒高度服从式(5-7).
Wm = qVm = E0 EF m
半导体功函数:
WS = E0 EF S
电子亲和能:
(5-2)
χ = E0 EC
(5-3) (5-4)
WS = χ + [ EC EF S ] = χ + En
2.接触电势差
一金属与一N型半导体相连,设 W f W .达到动态 平衡时,形成自建电场和自建电势,自建电势为:
(3)金属与P型半导体接触,若Wm>WS. 半导体表面形成一正的空间电荷区,电 场方向由体内指向表面,能带向上弯曲, 形成表面高电导区域,称为反阻挡层. (4)金属与P型半导体接触,若Wm<WS. 半导体表面形成一负的空间电荷区,电 场方向由表面指向体内,能带向下弯曲, 形成表面空穴势垒区,称为阻挡层.
为了使有效势垒高度 提高,表面层要掺入 与半导体衬底不同型 的杂质.对N型半导体 ,在受主杂质浓度足 够大时,半导体表面 的能带向下弯曲,使 导带底的势能曲线出 现极值,这时金-半系 统的势垒高度等效于 从Vb变为Vb'.
7.肖特基势垒的电流输运理论
肖特基功函数
肖特基功函数
肖特基功函数指的是一种用于描述半导体器件的电流-电压关系的函数。
它是在肖特基势垒理论基础上发展出来的，常被用于描述肖特基二极管、金属半导体场效应晶体管等器件的特性。
肖特基功函数的形式为：
I = I0exp(qV/kT) - I0
其中，I表示器件的电流，I0为漏电流或反向饱和电流，V为器件的电压，q为电荷量，k为玻尔兹曼常数，T为温度。
这个函数描述了当器件处于正向偏置或反向偏置时的电流变化情况。
肖特基功函数的特点是在器件正向偏置时，电流增加非常快，而在反向偏置时，电流基本不变。
因此，肖特基二极管可以被用于高速开关、射频电路等领域。
总之，肖特基功函数是半导体器件特性描述中的一种重要工具，能够帮助工程师更好地设计和优化电路。
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金属和半导体的接触
表面态能级
：
大多数半导体旳
在Ev以上Eg/3旳地方。
2.表面态旳类型
1）施主型：
电子占满时呈中性，失去电子带正电。
下列旳表面态空着，表面带正电。
2）受主型：
能级空时为电中性，接受电子带负电。
以上旳表面态被电子填充，表面带负电。
3.表面态对接触势垒旳影响
且
趋于饱和。
• 阻挡层具有单向导电性——整流特征。
P型半导体
n型和p型阻挡层旳作用
• 阻挡层具有整流特征；
• 正向电流要求为半导体多子形成旳电流；
• n型: 金属极加正电压，V>0，
形成电子由半导体到金属旳正向电流；
电流方向：金属→半导体
• p型：金属极加负电压V<0，
形成空穴由半导体到金属旳正向电流；
材料）和小旳ni（相当于宽禁带材料）旳金属-半导体
系统 。
2、欧姆接触
1）欧姆接触：
不产生明显旳附加阻抗，电流在其上旳产生旳压
降远不大于在器件本身上所产生旳压降。
2）欧姆接触旳主要性：
作为器件引线旳电极接触，要求在金属和半导体
之间形成良好旳欧姆接触。在超高频和大功率器
件中，欧姆接触是设计和制造中旳关键问题之一。
3）n型: 金属极加正电压，V>0，
形成电子半导体 金属旳正向电流；
电流方向：从金属 半导体
半导体势垒区与中性区存在浓度梯度，所以有扩散电流。
有外加电压时，存在漂移电流。
根据：
利用：
得到：
同乘以
得到：
积分：
利用边界条件：
因为
只考虑在x=0附近
半导体物理第七章总结复习_北邮分析
第七章一、基本概念1.半导体功函数: 半导体的费米能级E F 与真空中静止电子的能量E 0的能量之差。
金属功函数：金属的费米能级E F 与真空中静止电子的能量E 0的能量之差2.电子亲和能: 要使半导体导带底的电子逸出体外所需的最小能量。
3. 金属-半导体功函数差o: (E F )s-(E F )m=Wm-Ws4. 半导体与金属平衡接触平衡电势差: q W W V sm D -=5.半导体表面空间电荷区 : 由于半导体中自由电荷密度的限制，正电荷分布在表面相当厚的一层表面层内，即空间电荷区。
表面空间电荷区=阻挡层=势垒层6.电子阻挡层：金属功函数大于N 型半导体功函数（Wm>Ws ）的MS 接触中，电子从半导体表面逸出到金属，分布在金属表层，金属表面带负电。
半导体表面出现电离施主，分布在一定厚度表面层内，半导体表面带正电。
电场从半导体指向金属。
取半导体内电位为参考，从半导体内到表面，能带向上弯曲，即形成表面势垒，在势垒区，空间电荷主要有带正电的施主离子组成，电子浓度比体内小得多，因此是是一个高阻区域，称为阻挡层。
【电子从功函数小的地方流向功函数大的地方】7.电子反阻挡层：金属功函数小于N 型半导体功函数（Wm<Ws ）的MS 接触,电子从金属流向半导体,半导体表面带负电,金属表面带正电,电场方向指向半导体。
从半导体内到表面，能带下弯曲，半导体表面电子浓度比体内高（N 型反阻挡层）。
8.半导体表面势垒(肖特基势垒)高度:s m s D W W qV qV -=-=9.表面势垒宽度：10.半导体表面势: 取半导体体内为参考电位，半导体表面的势能Vs 。
11 .表面态: 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。
表面态一般分为施主型和受主型两种。
若能级被电子占据时呈中性，施放电子后呈正电性，成为施主型表面态；若能级空着的时候为电中性，接收电子后带负电，则成为受主型表面态。
半导体器件物理15解读
W m W p ：具有整流效应 W m W p ：具有非整流效应（欧姆接触）
以 W m W n 的金属和 N 型半导体接触为例分析整理效应
（a）未加偏压
（b）加正向偏压
（c）加反向偏压
（1）加正向偏压
当金属一边加正电压，半导体一边加负电压（正向偏压）时， 外加电场与自建电场方向相反，N 型半导体中的势垒高度由 q V D 降低为 q(V D V) ，而 q b 基本保持不变。在半导体一边 势垒的降低使得半导体中的电子更易于流向金属，这是正向偏 压条件，能够流过大的电流。
① 半导体一边的势垒高度为
qV D W m W n E Fn E Fm
势垒两边的电位差即接触电位差 V D 为
W E Fn E Fm m W n VD q q
②E 0 E n W n E Fm （其中 W n E 0 E c E n ） W m En W n （其中 W m E 0 E Fm ）
W s E 0 E Fs
由于半导体的费米能级随杂 质浓度变化，因而 W s 也与 杂质浓度有关。N 型半导体 的功函数如图所示。
由图可知，半导体的功函数可表示为：
W s E 0 E c E c E Fs s E n
其中：
s E0 Ec 定义为半导体的电子亲和能，表示要使半导
接触前能带图
接触后能带图
当 W m W p 时，则 E Fm E Fp ，它们接触形成结时，电子将从 金属流向半导体，半导体能带向下弯曲，最后达到平衡时具 有统一的费米能级，形成 P 型阻挡层。
半导体一边的势垒高度为：
qV D W p W m E Fm E Fp
第十四章MS接触和肖特基二极管
VD
ns
(EV q
EF )
0.52kTln
NA NV
0.41eV
WA
Байду номын сангаас
u
WG
形成欧姆接触
e,
7.1 金属和半导体接触及其能带图 三、 界面态对势垒高度的影响
前面讨论的理想MS接触，认为接触势垒仅由金属的功函数决 定的，实际上，半导体表面存在的表面态对接触势垒有较大 的影响。
表面态位于禁带中，对应的能级称为表面能级。表面态分为 施主型和受主型两类。
金属的功函数 半导体的亲和势 半导体的功函数
Wm E0 EF M
E0 E（ C 表面） WS [EC EFS ]FB
7.1 金属和半导体接触及其能带图
元素 Al
Ag Au Mo Ni Pt Ti W
功函数eV 4.28 4.26 5.1 4.6 5.15 5.65 4.33 4.55
7.1 金属和半导体接触及其能带图
假设在n型半导体表面存在表面态： 当EF低于q0时， q0之下有一些态是空着的，表面 呈正电，这些正电荷和金属表面的负电荷所形成的 电场在金属和半导体之间的微小间隙中产生电势差， 所以半导体的耗尽层中需要较少的电离施主来平衡。 结果自建势被显著降低， 金属一边的势垒也降低。
结论：Wm<Ws形成欧姆接触 实际要形成欧姆接触时，要求半导体重掺杂，使空间电荷层 很薄，发生隧道穿透。
7.1 金属和半导体接触及其能带图
欧姆接触能带图
7.1 金属和半导体接触及其能带图
金 属 和
p
型 半 导 体 接 触 的 平 衡 态 能 带 图
整流接触
欧姆接触
7.1 金属和半导体接触及其能带图
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肖特基二极管半导体区域的功函数和金属的功函数
肖特基二极管是一种特殊的半导体器件，其中包含有一个金属-半导体接触区域。
该接触区域的性质对肖特基二极管的性能有很大影响。
其中，半导体区域的功函数和金属的功函数是影响接触特性的两个主要参数。
半导体区域的功函数指的是半导体表面电子的离散能量，它代表了半导体表面电子与真空之间的势垒高度。
在肖特基二极管中，半导体区域的功函数决定了金属与半导体之间的电子势垒高度，从而影响了电子在接触区域的输运性质。
金属的功函数则是指金属表面电子的离散能量，它代表了金属电子与真空之间的势垒高度。
在肖特基二极管中，金属的功函数决定了金属与半导体之间的电子势垒高度，从而影响了电子在接触区域的输运性质。
因此，了解肖特基二极管半导体区域的功函数和金属的功函数对于理解肖特基二极管的特性具有重要意义。
同时，对于设计和制造高性能肖特基二极管也是必要的。
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