電子工程物理基礎(chǔ)v1.1(5-2)2014

1、唐潔影唐潔影東南大學(xué)電子科學(xué)與工程學(xué)院東南大學(xué)電子科學(xué)與工程學(xué)院第第5 5章章 半導(dǎo)體中電子的控制半導(dǎo)體中電子的控制5.1 半導(dǎo)體與外界作用5.2 半導(dǎo)體與半導(dǎo)體5.3 半導(dǎo)體與金屬5.4 半導(dǎo)體與絕緣體5.3 5.3 半導(dǎo)體與金屬半導(dǎo)體與金屬（metal-semiconductor contact）s sm ms sm ms sm ms sm mW WW WW WW WP P型型半半導(dǎo)導(dǎo)體體金金屬屬W WW WW WW Wn n型型半半導(dǎo)導(dǎo)體體金金屬屬四四種種類類型型功函數(shù)功函數(shù)電子親和能1. 能帶圖能帶圖(1) M-S(n型型), WmWsnsDssnsDssmsmsqqqVWqVWWWn

2、型阻擋層型阻擋層D Dm ms sq qV VW WW W電子耗盡電子耗盡(2) M-S(n型型) , WmWsm ms ss ss sD Dnsnsm ms sD DW WW WqVqVq qW WW WqVqV)(n型反阻擋層型反阻擋層(3) M-S(p型型) , WmWsp型反阻擋層型反阻擋層s sm ms ss sD Dpspss sm mD D- -W WW WqVqVq qW WW WqVqV)(P型半導(dǎo)體的價(jià)帶電型半導(dǎo)體的價(jià)帶電子向金屬一側(cè)轉(zhuǎn)移子向金屬一側(cè)轉(zhuǎn)移n型阻擋層型阻擋層p型阻擋層型阻擋層n型反阻擋層型反阻擋層p型反阻擋層型反阻擋層肖肖特特基基勢(shì)勢(shì)壘壘高導(dǎo)層高導(dǎo)層整整流流接

3、接觸觸非非整整流流接接觸觸歐姆接觸?電子耗盡電子耗盡空穴耗盡空穴耗盡勢(shì)壘高度隨外加正電壓的勢(shì)壘高度隨外加正電壓的增加而降低增加而降低, ,因此由半導(dǎo)體因此由半導(dǎo)體流向金屬的凈電子流增加流向金屬的凈電子流增加, ,且按指數(shù)增加。且按指數(shù)增加。金-半接觸平衡時(shí)金-半接觸非平衡時(shí)凈電流凈電流=0=0（對(duì)阻擋層而言）（對(duì)阻擋層而言）（1）加正電壓）加正電壓（削弱內(nèi)建電場(chǎng)）（削弱內(nèi)建電場(chǎng)）2. 整流特性整流特性jm-s=js-mjs-mjm-s以以n型阻擋層為例型阻擋層為例（金屬接（金屬接“+”）（2）加反向電壓（金屬接）加反向電壓（金屬接“”）勢(shì)壘高度隨外加反電壓的增加而身升高勢(shì)壘高度隨外加反電壓的增

4、加而身升高, ,因而因而從半導(dǎo)體到金屬的從半導(dǎo)體到金屬的電子減少電子減少, ,反向電流變大，主要由金屬到半導(dǎo)體的電子流構(gòu)成。反向電流變大，主要由金屬到半導(dǎo)體的電子流構(gòu)成。反向電流反向電流jm-s-js-m反向電壓繼續(xù)增大，致使反向電壓繼續(xù)增大，致使j js-ms-m近似為零近似為零，反向電流趨于飽和。反向電流趨于飽和。jm-s恒定恒定不變不變j js-ms-m加反向加反向電壓電壓Vt 肖特基結(jié)具有整流特性肖特基結(jié)具有整流特性3.肖特基勢(shì)壘二極管肖特基勢(shì)壘二極管(1) 結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)光刻產(chǎn)生的陡削的邊沿光刻產(chǎn)生的陡削的邊沿Si-SiOSi-SiO2 2界面存在正固定電荷界面存在正固定電荷拐角處有過拐角

5、處有過量的電流量的電流(2)(2)與與p-np-n結(jié)二極管的比較結(jié)二極管的比較主要特點(diǎn)是主要特點(diǎn)是: :1.SDB1.SDB是多數(shù)載流子器件是多數(shù)載流子器件, ,而而p-np-n結(jié)二極管電流取決于非平衡少數(shù)載流子結(jié)二極管電流取決于非平衡少數(shù)載流子的擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)的擴(kuò)散運(yùn)動(dòng). . 2. p-n2. p-n結(jié)二極管中結(jié)二極管中, ,少數(shù)載流子注入造成非平衡載流子在勢(shì)壘區(qū)兩側(cè)界少數(shù)載流子注入造成非平衡載流子在勢(shì)壘區(qū)兩側(cè)界面的積累面的積累, ,外加電壓變化外加電壓變化, ,電荷積累和消失需有一弛豫過程電荷積累和消失需有一弛豫過程( (電荷存儲(chǔ)效電荷存儲(chǔ)效應(yīng)應(yīng)),),嚴(yán)重影響了嚴(yán)重影響了p-np-n結(jié)二極管的

6、高頻性能結(jié)二極管的高頻性能. .SDBSDB器件不發(fā)生電荷存儲(chǔ)現(xiàn)象器件不發(fā)生電荷存儲(chǔ)現(xiàn)象, ,使得它在使得它在高頻、高速高頻、高速器件中有重要作用。器件中有重要作用。邊擴(kuò)散邊復(fù)合3.SDB3.SDB的正向開啟電壓比的正向開啟電壓比p-np-n的低；而反向飽和電流比的低；而反向飽和電流比p-np-n的的大。大。這是因?yàn)槎鄶?shù)載流子電流遠(yuǎn)高于少數(shù)載流子電流。這是因?yàn)槎鄶?shù)載流子電流遠(yuǎn)高于少數(shù)載流子電流。Vt Vt p-nSDB(Js)SDB (Js)p-n4.歐姆接觸（歐姆接觸（Ohmic Contact） 由于由于表面態(tài)的影響表面態(tài)的影響，難以通過選擇金屬的功函數(shù)來實(shí)現(xiàn)，難以通過選擇金屬的功函數(shù)來實(shí)

7、現(xiàn)歐歐姆接觸（理論上說，姆接觸（理論上說，WmWns WmWpsWmWps可形成反阻擋層）?？尚纬煞醋钃鯇樱?在生產(chǎn)實(shí)際中，主要是利用隧道效應(yīng)的原理在半導(dǎo)體上制造在生產(chǎn)實(shí)際中，主要是利用隧道效應(yīng)的原理在半導(dǎo)體上制造歐姆接觸歐姆接觸。采用重?fù)诫s半導(dǎo)體與金屬接觸采用重?fù)诫s半導(dǎo)體與金屬接觸。 從電學(xué)上講，理想的歐姆接觸的接觸電阻應(yīng)當(dāng)很小，同時(shí)還從電學(xué)上講，理想的歐姆接觸的接觸電阻應(yīng)當(dāng)很小，同時(shí)還應(yīng)具有線性的和對(duì)稱的電流應(yīng)具有線性的和對(duì)稱的電流電壓關(guān)系。電壓關(guān)系。n型反阻擋層型反阻擋層p型反阻擋層型反阻擋層（1）表面態(tài)對(duì)接觸勢(shì)壘的影響）表面態(tài)對(duì)接觸勢(shì)壘的影響三三.表面態(tài)表面態(tài)表面的硅原子存在不飽和表面的硅原子存在不飽和鍵（懸掛鍵）。鍵（懸掛鍵）。晶體缺陷或吸附原子晶體缺陷或吸附原子引起表面態(tài)引起表面態(tài)施主型施主型受主型受主型表面能態(tài)被電子占據(jù)時(shí)呈電中性，施放電子后呈正電性。表面能態(tài)空著時(shí)呈電中性，接受電子后呈負(fù)電性。硅表面存在懸掛鍵在半導(dǎo)體的表面，由于存在自身缺陷、吸附物質(zhì)、氧化物或與電解液中的物質(zhì)發(fā)生作用等原因，表面電子之量子狀態(tài)會(huì)形成分立的能級(jí)或很窄的能帶，稱為表面態(tài)。它可以俘獲或釋放載流子，或形成復(fù)合中心，使半導(dǎo)體帶有表面電荷，影響其電性能。WmWsWmWs（2）歐姆接觸的實(shí)現(xiàn)）