【半导体物理 | 笔记】第七章 金属和半导体的接触

金半接触及其能级图

功函数

金属功函数\(W_m=E_0-E_{Fm}\)

一个起始能量为费米能级的电子由金属内部逸出到真空所需的最小能量

半导体功函数\(W_s=E_0-E_{Fs}\)

电子亲合能\(\chi=E_0-E_c\)

接触电势差\(V_{ms}\)

内建电势差\(qV_D=W_m-W_s\)

接触使金属和半导体电势发生变化，金属中负的电势使金属部分能级抬升，半导体中正的电势使得半导体部分能级下降（表面处弯曲），使得费米能级平齐

金属一边势垒高度 $$q\phi_{ns}=qV_D+E_n=W_m-\chi$$
半导体一边势垒高度 $$qV_D=-qV_s$$

\(V_s\):半导体表面势（表面-内部）

n型,\(W_m>W_s\),能带向上弯曲形成阻挡层； \(W_m<W_s\),能带向下弯曲形成反阻挡层

p型,\(W_m>W_s\),能带向上弯曲形成反阻挡层；\(W_m<W_s\),能带向下弯曲形成阻挡层

反阻挡层：欧姆接触

表面态对接触势垒的影响

表面能级\(q\phi_0\)（距\(E_v\)）为表面态施主型和受主型临界

\(E_F\) 钉扎于 \(q\phi_0\),\(W_s=\chi+E_g-q\phi_0\)

此时接触势垒基本由表面态决定

金半接触整流理论

指阻挡层

定性：加压 \(\pm V\) 于金属，（半导体侧）电子势垒抬升（下降）为 \(-q[(V_s)_0\pm V]\)

扩散理论

认为耗尽层内电荷均匀分布，适用势垒宽度远大于电子平均自由程

\[J=J_{sD}\left[exp\left(\frac{qV}{k_0 T}\right)-1\right] \]

反向饱和电流

\[J_{sD}(V)\propto \sqrt{V_D-V} \]

热电子发射理论

更依赖温度

阻挡层薄，电子隧穿势垒

\[J=J_{sT}\left[exp\left(\frac{qV}{k_0 T}\right)-1\right] \]

反向饱和电流

\[J_{sT}(T)=A^*T^2 exp\left(-\frac{q\phi_{ns}}{k_0 T}\right) \]

其中有效理查逊常数

\[A^*=\frac{qm_n^*k_0^2}{2\pi^2\hbar^3} \]

\[A_0=120\text{A/(cm}^2\cdot\text{K}^2) \]

镜像力和隧道效应的影响

引起势垒降低，反向电流增大

肖特基势垒二极管(SBD)

• 更好的高频特性

• 较低的正向导通电压和较高的反向饱和电压

少子注入和欧姆接触

少子注入

金半整流接触加上正向电压时，有空穴从金属流向半导体

欧姆接触

隧道效应，半导体材料重掺杂，阻挡层薄，造成势垒贯穿