第4章 金属半导体结
2异质结-金属-半导体接触
3. 理想 p-n异质结（窄带隙的p型和宽带隙的n型）
理想p-n异质结能带图
(10)
4. 理想p-p异质结
理想p-p异质结能带图
(11)
补充说明：
1）关于两种材料的能带结构对应关系，以上讨论的四种情况， 都满足窄带隙材料的带隙全部包括在宽带隙材料中，此时，能 带图中通常给出一个尖峰。--被称为第一类异质结构，如下图：
2.2 异质结
在两种不同的半导体材料之间形成的结--外延技术
形成异质结的两种材料通常有不同的能隙宽度Eg和介电常数 。 异质结界面
EC EC Ef EV EV
导电类型相同同型异质结 导电类型不同异型异质结
主要器件: 发光二级管 激光器 光电探测器 太阳电池
主要内容: 基本器件模型 (能带结构 能带结构和电输运 和电输运) 器件制备、特点、超晶格结构
(28)
半导体表面费米能级模型：半导体 = 表面层 + 体内 表面看作一薄层, 在禁带中具有能量连续分布的局域态，由 于表面处电荷的填充，有自己的平衡费米能级EFS0
EF EFS0
若表面态密度，体内电子填充表面能级，且不显著改变 表面费米能级位置，体内EF下降与EFS平齐，造成能带弯曲， 形成空间电荷区。 表面态密度很大时， EFS~EFS0， 费米能级定扎 费米能级定扎。 。
(2)
一. 基本器件模型
理想突变异质结的能带模型 理想突变异质结 的能带模型 Anderson 异质结能带模型
假设两种材料晶格结构、晶格常数、热膨胀系数 相同，忽略悬键的产生和界面态。
能够初步解释部分异质结的输运过程
(3)
几个概念 功函数 qm 从费米能级 费米能级将一个电子移到刚巧在该种材料 将一个电子移到刚巧在该种材料 之外的一个位置(真空能级)所需的能量 从导带底 导带底将一个电子移到刚巧在该种材料之 将一个电子移到刚巧在该种材料之 外的一个位置(真空能级)所需的能量 导带边的能量差 EC 导带带阶 价带边的能量差 EV 价带带阶
7.金属和半导体的接触
(Wm>Ws)，(Vs)0<0（表面势）
(a) 平衡时，净电流为零 (b) 半导体势垒由qVD=－q(Vs)0降低为－q[(Vs)0+V]，形成正向电流 (c) 金属势垒高（恒定），电流很小，随V的增加达到饱和，形成反向电流
金属和n型半导体接触能带图 金属和n型半导体接触反阻挡层
p-n结电流电压方程（利用连续性方程）
J Jsexpkq0TV1
肖克莱方程式
正向：J
Js
exp
qV k0T
(k0T/q)≈0.026V
exp
qV k0T
1
反向：J Js 反向饱和
Js
qnpL0D n n
pn0Dp Lp
势垒或势阱高度与 EF,(EFs )有关
半导体表面态密度足够高，平衡时半导体费米能级被锁定在
(
E
s F
)
巴丁模型
半导体表面处的禁带中 表面态 表面能级 施主和受主型表面态 一般 而言
表面态在表面禁带中形成一定的分布，存 在距离价带顶为qΦ0的能级，电子正好填 满qΦ0 以下的所有表面态时表面呈电中性
p型阻挡层：
金属接负，半导体接正时形成从半导体到金属的空穴流（正向电流） 金属接正、半导体接负时形成反向电流
与p-n结区别，正向永远是p正、n负，电流从p流向n区 金属与半导体接触，正向的判定要看是哪种阻挡层 且正向电流都是相应于多子由半导体到金属的运动所形成的电流
(a)p型阻挡层（Wm<Ws）
小结： （1）金属与n型半导体接触
Wm>Ws，电子由半导体进入金属，在半导体表面形成电子势垒 （阻挡层）
金属半导体和半导体异质结高级课件.ppt
xn eNd dx
E
x s
E
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
eN d
s
( xn
x)
(x)
x 0
eN d
s
( xn
x)dx
eN d
s
(
xn
x
1 2
x2
)
B0
取金属的电势为0势能点
W
xn
[
2
sVbi
]
1 2
eN d
类比p精+编n课件单边突变结得出
17
结电容：
C 0 s [ e s Nd
1
]2
W 2(Vbi VR )
( 1 )2 2(Vbi VR )
主要取决于多数载流子。肖
特基二极管的基本过程是电
子运动通过势垒。这种现象
可以通过热电子发射理论来
解释。热电子发射现象基于
势垒高度远大于kT这一假定。
精编课件
29
Js m是电子从半 导体扩散到金属 中的电流密度，
Jm s是电子从金 属扩散到半导体 中的电流密度。
精编课件
30
假定x坐标垂直于MS界面并指向半导体方向。
结论：M<s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。
精编课件
43
9.2 金属半导体的欧姆接触
精编课件
44
9.2 金属半导体的欧姆接触
金属与P型半导体接触：m> s
精编课件
45
9.2 金属半导体的欧姆接触
• 由于半导体表面态的存在，假定半导体能带隙的 上半部分存在受主表面态，那么所有受主态都位 于EF之下，如图9.11b.这些表面态带负电荷， 将使能带图发生变化。
半导体物理与器件基础知识
9金属半导体与半导体异质结一、肖特基势垒二极管欧姆接触：经过金属 - 半导体的接触实现的连结。
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涨。
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，因为金属中场强为零，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要素：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降落曲线。
附图：电流——电压关系：金属半导体结中的电流运输体制不一样于 pn 结的少量载流子的扩散运动决定电流，而是取决于多半载流子经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因为势垒降低的影响。
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. 开关特征肖特基二极管更好。
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 结器件的少量载流子储存效应。
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表示图三、异质结：两种不一样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，电子很简单从半导体流向金属，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，所以达到同样电流时，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混杂不一样的扩散区和两个Pn 结，两个结很近所以之间能够相互作用。
之所以成为双极型晶体管，是应为这类器件中包括电子和空穴两种极性不一样的载流子运动。
一、工作原理附 npn 型和 pnp 型的构造图发射区混杂浓度最高，集电区混杂浓度最低附惯例 npn 截面图造成实质构造复杂的原由是： 1. 各端点引线要做在表面上，为了降低半导体的电阻，一定要有重混杂的 N+型掩埋层。
半导体物理与器件习题
第一章 固体晶格结构1．如图是金刚石结构晶胞，若a 是其晶格常数，则其原子密度是 。
2．所有晶体都有的一类缺陷是：原子的热振动，另外晶体中常的缺陷有点缺陷、线缺陷。
3．半导体的电阻率为10-3～109Ωcm 。
4．什么是晶体？晶体主要分几类？5．什么是掺杂？常用的掺杂方法有哪些？答：为了改变导电性而向半导体材料中加入杂质的技术称为掺杂。
常用的掺杂方法有扩散和离子注入。
6．什么是替位杂质？什么是填隙杂质？ 7．什么是晶格？什么是原胞、晶胞？第二章 量子力学初步1．量子力学的三个基本原理是三个基本原理能量量子化原理、波粒二相性原理、不确定原理。
2．什么是概率密度函数？3．描述原子中的电子的四个量子数是： 、 、 、 。
第三章 固体量子理论初步1．能带的基本概念⏹ 能带（energy band ）包括允带和禁带。
⏹ 允带（allowed band ）：允许电子能量存在的能量范围。
⏹ 禁带（forbidden band ）：不允许电子存在的能量范围。
⏹ 允带又分为空带、满带、导带、价带。
⏹ 空带（empty band ）：不被电子占据的允带。
⏹满带（filled band ）：允带中的能量状态（能级）均被电子占据。
导带：有电子能够参与导电的能带，但半导体材料价电子形成的高能级能带通常称为导带。
价带:由价电子形成的能带，但半导体材料价电子形成的低能级能带通常称为价带。
2．什么是漂移电流？漂移电流：漂移是指电子在电场的作用下的定向运动，电子的定向运动所产生的电流。
3．什么是电子的有效质量？晶格中运动的电子，在外力和内力作用下有： Ｆ总＝Ｆ外＋Ｆ内=ma, m 是粒子静止的质量。
Ｆ外=m*n a, m*n 称为电子的有效质量。
4．位于能带底的电子，其有效质量为正，位于能带顶电子，其有效质量为负。
5．在室温T=300K ，Si 的禁带宽度：Eg=1.12eV Ge 的禁带宽度：Eg=0.67eV GaAs 的禁带宽度：Eg=1.43eVEg 具有负温度系数，即T 越大，Eg 越小；Eg 反应了，在相同温度下，Eg 越大，电子跃迁到导带的能力越弱。
第四章场效应管放大电路
N沟道MOS管，在VGS＜VT时，不能形成导电 沟道，管子处于截止状态；只有当VGS≥VT时，才有沟 道形成。 VT——开启电压。
这种在VGS=0时没有沟道，只有VGS≥VT时才能 形成感生导电沟道的MOS管称为增强型MOS管。
第四章 场效应管放大电路
→形成由栅极指向P型
衬底的纵向电场
+
→将靠近栅极下方的空 穴向下排斥
-
→形成耗尽层。
第四章 场效应管放大电路
现假设vDS=0V，在s、g间加一电压vGS＞0V 当vGS增大时→耗尽层增宽，并且该大电场会 把衬底的自由电子吸引到
耗尽层与绝缘层之间，形
成一N型薄层，构成漏-源 之间的导电沟道，称为反
N沟道耗尽型 MOS管 与 N沟 道 增 强型MOS管基本相 似。
区别：耗尽型
MOS 管 在 vGS=0 时 ，漏－源极间已有 导电沟道产生；
增强型MOS管要
在vGS≥VT时才出现 导电沟道。
5.1.5
第四章 场效应管放大电路
N沟道耗尽型MOSFET 在栅极下方的SiO2 层中掺入了大量的金 属正离子。所以当 vGS=0 时 ， 这 些 正 离 子 已经感应出反型层， 形成了沟道。
夹断区
VT
2VT
第四章 场效应管放大电路
①截止区: vGS<vT
无导电沟道,iD=0,管子处于截止区.
②可变电阻区: vDS< vGS-vT
iD
K n [2(GS
T
)DS
2 DS
]
Kn
nCox
2
(W L
)
单位：mA V 2
金属和半导体接触引言金属与半导体接触类型1整流接触
第七章 金属和半导体接触引言：金属与半导体接触类型：1、 整流接触：金属与轻掺杂半导体形成的接触表现为单向导电性，即具有整流特性，但电流通常由多子所荷载。
由于这种器件主要靠电子导电，消除了非平衡少子的 存储，因而频率特性优于p –n 结；又由于它是在半导体表面上形成的接触，便于散热，所以可以做成大功率的整流器；在集成电路中用作箝位二极管，可以提高集成电路的速度，通常称为肖特基势垒二极管，简称肖特基二极管。
2、 欧姆接触：这种接触正反向偏压均表现为低阻特性，没有整流作用，故也称为非整流接触。
任何半导体器件最后都要用金属与之接触并由导线引出，因此，获得良好的欧姆接触是十分必要的。
§7.1 金属半导体接触及其能带图本节内容：1、 金属和半导体的功函数2、 接触电势差3、 阻挡层与反阻挡层4、 表面态对接触势垒的影响课程重点：金属的功函数：在绝对零度的电子填满了费米能级F E 以下的所有能级，而高于F E 的能级则全部是空着的。
在一定温度下，只有F E 附近的少数电子受到热激发，由低于F E 的能级跃迁到高于F E 的能级上去，但是绝大部分电子仍不能脱离金属而逸出体外，这说明金属中的电子虽然能在金属中自由运动，但绝大多数所处的能级都低于体外能级。
要使电子从金属中逸出，必须由外界给它以足够的能量。
所以，金属内部的电子是在一个势阱中运动。
用0E 表示真空中静止电子的能量，金属功函数的定义是0E 与F E 能量之差，用m W 表示，即m F m E E W )(0-=它表示一个起始能量等于费米能级的电子，由金属内部逸出到真空中所需要的最小能量。
功函数的大小标志着电子在金属中束缚的强弱，m W 越大，电子越不容易离开金属。
半导体的功函数和金属类似：即把真空电子静止能量0E 与半导体费米能级S F E )(之差定义为半导体的函数，即s F s E E W )(0-=。
因为半导体的费米能级随杂质浓度变化，所以半导体的功函数也与杂质浓度有关。
第9章 金属半导体和半导体异质结
q B q(m )
3
q(m )
EF
高等半导体物理与器件
当金属与金属半导体紧密接触时，两种半体导不同材料EV的费米能级在热平
衡时应相同，此外，真空能级也必须连续。这两项要求决定了
(a) 热平衡情形下，一独立金属靠近一独立 n 型半导体的能带图
1
两种器件的输运机制不同：肖特基二极管-多数载流子通过热电
子发射跃过内建电势差，pn结二极管-少数载流子扩散运动。
J sT
AT
2
exp
eBn
kT
Js
eDp pn0 Lp
eDnnp0 Ln
• 两者间有两点重要区别：第一是反向饱和电流密度的数量级。
①肖特基二极管的理想反向饱和电流值比pn结大好几个数量级。
• 肖特基二极管电流主要取决于多数载流子流动。
2
高等半导体物理与器件
（1）性质上的特征
真空能级
em
EF
e e B0
es
Ec EF
金属
Ev 半导体
(a)热平衡情形下，一独立金属靠近一独立 n 型半导体的能带图
➢ 真空能级作为参考能级。
➢ 功函数为费米能级和真空能级之差。金属功函数m，半导体
功函数s。此处，m>s。
匹配。
18
高等半导体物理与器件
（2）能带图
• 根据带隙能量的关系，异质结有3种可能：跨骑（图 (a)）、交错（图(b)）、错层（图(c)）。
• 根据掺杂类型的不同，有4种基本类型的异质结：
– 反型异质结：掺杂类型变化，例nP结、Np结 – 同型异质结：掺杂类型相同，例nN结、pP结 – 其中，大写字母表示较宽带隙的材料
半导体物理教学大纲
《半导体物理》教学大纲课程名称：半导体物理学英文名称：Semiconductor Physics课程编号：课程类别：专业选修课使用对象：应用物理、电信专业本科生总学时： 48 学分： 3先修课程：热力学与统计物理学；量子力学；固体物理学使用教材：《半导体物理学》刘恩科等主编，电子工业出版社出版一、课程性质、目的和任务本课程是高等学校应用物理专业、电子与信息专业本科生的专业选修课。
本课程的目的和任务是：通过本课程的学习使学生获得半导体物理方面的基本理论、基本知识和方法。
通过本课程的学习要为应用物理与电信专业本科生的半导体集成电路、激光原理与器件、功能材料等后续课程的学习奠定必要的理论基础二、教学内容及要求本课程所使用的教材，共13章，概括可分为四大部分。
第1～5章，晶体半导体的基本知识和性质的阐述；第6～9章归结为半导体的接触现象；第10～12章，半导体的各种特殊效应；第13章，非晶态半导体。
全部课堂教学为48学时，对上述内容作了必要的精简。
10～13章全部不在课堂讲授，留给学生自学或参考，其他各章的内容也作了部分栅减。
具体内容和要求如下：第1章半导体中的电子状态1.半导体的晶格结构和结合性质2.半导体中的电子状态和能带3.半导体中电子的运动有效质量4.本征半导体的导电机构空穴5.回旋共振6.硅和锗的能带结构7.III-V族化合物半导体的能带结构8.II-VI族化合物半导体的能带结构9.Si1-xGex合金的能带10.宽禁带半导体材料基本要求：将固体物理的晶体结构和能带论的知识应用到半导体中，以深入了解半导体中的电子状态；明确回旋共振实验的目的、意义和原理，进而了解主要半导体材料的能带结构。
（限于学时，本章的第7-10节可不讲授，留学生参阅，不作具体要求）。
重点：半导体中的电子运动；有效质量；空穴概念。
难点：能带论的定性描述和理解；锗、硅、砷化镓能带结构第2章半导体中杂质和缺陷能级1.硅、锗晶体中的杂质能级2.III-V族化合物中的杂质能级3.氮化镓、氮化铝、氮化硅中的杂质能级4.缺陷、位错能级基本要求：根据不同杂质在半导体禁带中引入能级的情况，了解其性质和作用，由其分清浅杂质能级（施主和受主）和深能级杂质的性质和作用；了解缺陷、位错能级的特点和作用。
金属半导体(MS)接触
φM，半导体的功函数为φS，亲和势为χ
热平衡情形下，M和S之间电子的运动达到动态平衡。 热平衡时，电子从1到2（F1→2）和从2到1（F2 → 1 ）的 流量应该相等,即 F1 → 2＝F2 → 1 fD1g1(1－fD2)g2＝fD2g2(1－fD1)g1 fD1= fD2 则 Ef1＝Ef2
其中fD1和fD2为电子的费米分布函数，g1和g2为电子的态密度
qφ B = q (φ M − χ )
qφi = qφ B − (EC − E f ) = q(φM − φS )
§6.1 金属/半导体接触
6.1.4 理想肖特基（Schottky）势垒 半导体表面电子的再分布和半导体表面势的形成，与金属的 功函数相关。M/S之间形成的肖特基势垒通常会形成如下图 所示的特征。
§6.1 金属/半导体接触
6.1.2 M/S接触的形成 M/S结构通常是通过在干净的半导体表面淀积金属而 形成。利用金属硅化物（Silicide）技术可以优化和 减小接触电阻，有助于形成低电阻欧姆接触。
§6.1 金属/半导体接触
6.1.3 理想M/S接触的平衡能带图 1. 热平衡条件：形成统一的费米能级，即Ef = Const 在前面的讨论中，我们已经说明，任意半导体系统 在达到热平衡时，费米能级在空间范围内保持平直， 即Ef＝常数。相关的能带图特征，在非均匀掺杂的半 导体系统（PN结）中已有演示。这一法则在两种不同 类型的材料接触形成的系统中仍然适用。 考虑两种材料：金属（M）与半导体（S）形成接触 ，设其各自费米能级分别为Ef1和Ef2。金属的功函数为
6.3.2偏置的肖特基二极管的电容特性 外加偏置为VA时，耗尽区上有：
Q = A 2 qε Si N d (φ i − V A )
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钨砷化镓
0
1
0
1
2
3
4
图4-3 钨硅和钨砷化镓的二极管1/C2与外加电压的对应关系
VR（V）
4.1 肖特基势垒
例题：从图4-3计算硅肖特基二极管的施主浓度、自建电势和 势垒高度。 解 利用（4-7）式 d VR 0 VR 2 2 Nd 2 2 qk 0 A d 1 C qk 0 A2 1 C 2 图4-3中电容按单位面积表示，A 1 。求得
引言
金属-半导体形成的冶金学接触叫做金属-半导体结 （M-S结）或金属-半导体接触。 把须状的金属触针压在半导体晶体上或者在高真空 下向半导体表面上蒸镀大面积金属薄膜都可以实现 金属-半导体结，前者称点接触，后者则相对叫做 面接触。 金属-半导体接触出现两个最重要效应：整流效应 和欧姆效应。前者称为整流接触，又叫做整流结。 后者称为欧姆接触，又叫做非整流结。
4.3 镜像力对势垒高度的影响
一、镜像力降低肖特基势垒高度（肖特基效应）
F 4k 0 2 x q2
2
q2 16k 0 x 2
（4-8）
镜象力引起电子电势能
q2 E1 ( x) Fdx x 16k 0 x
（4-9）
边界条件
x , E1 0
x 0, E1
（4-12）
xm
4.3 镜像力对势垒高度的影响
q2 E xm qb q xm 16 k 0 xm
b xm q q 2xm 16k 0 xm 4k 0
（4-13）
105V cm , qb 0.12ev, xm 6nm,
4.2 界面态对势垒高度的影响
4-4 被表面态钳制的费米能级
4.2 界面态对势垒高度的影响
实际的肖特基二极管中，在界面处,晶 格的断裂产生大量能量状态，称为界面态 或表面态，位于禁带内。
4.2 界面态对势垒高度的影响
界面态常按能量连续分布，用中性能级 E0 表
征。如被占据的界面态高达 E0，而 E0以上空着，
二、加偏压肖特基势垒(小结4)
正偏压：半导体上相对于金属加负电压 V , 半导体-金属之间 ) 电势差减少为 0 V， q 0 变成 q( 0 V .
反偏压：半导体上加正电压 VR ,势垒提高到 q( 0 VR )
qb
q 0
qV
qb
q( 0 V )
qb
图4-5 镜像力降低金属半导体势垒
4.3 镜像力对势垒高度的影响
二、势垒降低的大小和发生的位置
设势垒高度降低位置发生在 xm 处，势垒高度降低值 qb
dE x 0 dx
q2 q 0 2 16 k 0 xm
q 2 16 k 0 xm q 16 k 0
4.3 镜像力对势垒高度的影响
原来理想肖特基势垒近似看成线性 , 界面附近导带底势 能曲线
E2 ( x) qx
（4-10）
为表面附近电场，等于势垒区最大电场（包内建电场
和偏压电场）,总势能
q2 E ( x) E1 x E2 x qx 16k 0 x
在金属和半导体之间的微小间隙中产生电势差，
所以耗尽层内需要较少的电离施主以达到平衡。
结果，自建电势被显著降低, （图4-4a），且
势垒高度 qb 也被降低，更小的 b 使 E F 更近 E0 。
4.2 界面态对势垒高度的影响
类似，若 E0 EF ，则在界面态中有负电荷，并 使 b 增加，使 E F 和
（4-11）
图4.5 (c), 原来理想肖特基势垒电子能量在 x 0 处下降， 也就是使肖特基势垒高度下降。这就是肖特基势垒的镜像 力降低现象，又叫做肖特基效应。
4.3 镜像力对势垒高度的影响
镜像力:半导体中金属表面x处的电子会在金属上感应出正 电荷,这个正电荷称镜像电荷,电子与感应正电荷间的静电 引力叫做镜像力.
4.1 肖特基势垒
教学要求
了解金属—半导体接触出现两个最重要的效应. 画出热平衡情况下的肖特基势垒能带图。 掌握公式
0 m s
b 0 Vn
2k 0 0 VR W qN d
1 2
k A qk 0 N d C 0 A W 2 0 VR 1 2 VR 0 2 2 C qk 0 N d A
假设半导体表面没有表面态，能带直到表面平直。 自建电势差 肖特基势垒高度
0 m s
（4-1） （4-2） （4-3）
qb qm xs
b 0 Vn
Vn Ec EF q VT ln NC N VT ln C n Nd
（4-4）
4.1 肖特基势垒
1. 镜像力使理想肖特基势垒的电子能量下降，也就是使肖特 基势垒高度下降。这种效应叫做肖特基效应。 2. 作为一种近似把理想肖特基势垒半导体势垒区电子能量看 做线性 E2 ( x) qx 3. 据总能量和图4.5c解释了肖特基效应。
2
1
4.1 肖特基势垒
教学要求
画出加偏压的的肖特基势垒能带图，根据能带图解释肖特
基势垒二极管的整流特性
为什么偏压情况下 q b 不变？ 由 1 C2与
VR
的关系曲线求自建电势和半导体掺杂。
作业：4.1、4.2、4.3、4.4、4.5、
第四章 金属—半导体结
4.2 界面态对势垒高度影响
VR 1V时,1 C 2 6 1015
VR 2V时， 1 C 2 10.6 1015
VR 1 16 2 2 2.17 10 ( V F cm ) 15 2 1 C 4.6 10
4.1 肖特基势垒
2 2.17 1016 15 3 Nd 2.6 10 (cm ) 19 14 1.6 10 11.8 8.84 10
1017V cm , qb 1.2ev, xm 1nm
大电场下，肖特基势垒被镜像力降低很多.
4.3 镜像力对势垒高度的影响
镜像力使肖特基势垒高度降低的前提是金属
表面附近的半导体导带要有电子存在。
在测量势垒高度时，如果测量方法与电子在金
属和半导体间的输运有关，则所得结果
是 b b ；如果测量方法只与耗尽层的空间
引言
金属-半导体结器件是应用于电子学的最古老的固 态器件。
1874年，布朗（Brawn）就提出了金属与硫化铅晶 体接触具有不对称的导电特性。
1906年，皮卡德（Pickard）获得了硅点接触整流 器专利。 1907年，皮尔斯（Pierce）提出，在各种半导体 上溅射金属可以制成整流二极管。
非整流接触几乎对所有半导体器件的研制和生产 都是不可缺少的部分，因为所有半导体器件都需 要用欧姆接触与其它器件或电路元件相连接。
第四章 金属-半导体结
4.1 肖特基势垒
4.1 肖特基势垒
一、肖特基势垒形成（考虑金属与N型半导体）
q S －半导体功函数
qm
－金属功函数
qS qm
S －半导体电子亲和势
值当中处于支配地位，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。
实验观测到的势垒高度, 表4-1, 发现大多数半
导体的能量
E0
在离开价带边
E g 3附近。
4.2 界面态对势垒高度的影响
表4-1 以电子伏特为单位的N型半导体上的肖特基势垒高度
第四章 金属-半导体结
4.3 镜像力对势垒高度的影响
Nc 2.8 1019 Vn VT ln 0.026ln 0.24(V) 15 Nd 2.6 10
从图4-3
0 0.4V
b 0 Vn 0.4 0.24 0.64(V)
4.1 肖特基势垒
小结
1. 金属-半导体接触出现两个最重要的效应：整流效应和欧姆 效应。前者称整流接触，又叫做整流结。后者称欧姆接触， 又叫做非整流结。 2. 热平衡情况下肖特基势垒能带图。 3. 半导体空间电荷层自建电势
E0
接近（图4-4b）。
因此 ，界面态的电荷具有负反馈效应，它趋
向于使 E F 和 E0 接近。
若界面态密度 E0 很大,则费米能级实际上被钳
位在 （称为费米能级钉扎效应），而 b 变成与 E0
金属和半导体的功函数无关。
4.2 界面态对势垒高度的影响
多数实用的肖特基势垒中，界面态在决定 b 数
引言
二十年代，出现钨-硫化铅点接触整流器和氧化亚 铜整硫器。 1931年，肖特基(Schottky)等人提出M-S接触处可能 存在某种“势垒”的想法。 1932年，威尔逊（Wilson）等用量子理论的隧道效 应和势垒的概念解释了M-S接触的整流效应。
1938年，肖特基和莫特（Mott）各自独立提出电子 以漂移和扩散方式越过势垒观点。塔姆（Tamm） 提出表面态概念。
0 m s
肖特基势垒高度
qb qm xs b 0 Vn
NC N VT ln C n Nd
Vn Ec EF q VT ln
4.1 肖特基势垒
小结
4. 加偏压的肖特基势垒能带图与单边突变PN结类似.正偏压
下半导体一边势垒的降低使得半导体中的电子更易于移向 金属，能够流过大的电流。在反向偏压条件下，半导体一 边势垒被提高。被提高的势垒阻挡电子由半导体向金属渡 越。流过的电流很小。这说明肖特基势垒具有单向导电性 即整流特性。 5. 由于金属中具有大量的电子，空间电荷区很薄，因此加偏 压的的肖特基势垒能带图中 q b 几乎不变。 6. 解Poisson方程可得肖特基势垒的空间电荷区宽度
电荷有关而不涉及电子的输运（如电容方法），