半導(dǎo)體物理第七章

半導(dǎo)體物理第七章第一頁(yè)，共39頁(yè)。chap7金屬與半導(dǎo)體接觸

Metal-semiconductorContact制造半導(dǎo)體器件或研究半導(dǎo)體材料的性質(zhì)；總要涉及到金－半接觸如：1．器件內(nèi)引線（集成電路各元件的互連線）2．外引線3．汞探針c-v測(cè)載流子濃度；四探針（鎢絲）測(cè)電阻率金屬－半導(dǎo)體接觸類型：1.半導(dǎo)體為輕摻雜（一般），金－半接觸表現(xiàn)為單向?qū)щ姡ň哂姓髯饔茫?，這種接觸稱為肖特基接觸（schottky-contact）（整流接觸）應(yīng)用：微波開(kāi)關(guān)二極管；太陽(yáng)能電池；整流器（面積大,功率大，作開(kāi)關(guān)型穩(wěn)壓源）；第二頁(yè)，共39頁(yè)。chap7金屬與半導(dǎo)體接觸

Metal-semiconductorContact；箝位二極管（用于集成電路“IC”，限制深飽和）（肖特基勢(shì)壘二極管）2．半導(dǎo)體為重?fù)诫s（），金－半接觸表現(xiàn)為（正反向偏壓）低阻特性。稱歐姆接觸（非整流接觸）V-I特性對(duì)稱。應(yīng)用：器件引線（外引線及集成電路中的內(nèi)線）兩種接觸的伏安特性：

第三頁(yè)，共39頁(yè)。§

7.1金屬半導(dǎo)體接觸及其能級(jí)圖第四頁(yè)，共39頁(yè)。金屬/半導(dǎo)體接觸和肖特基勢(shì)壘M/S接觸（Contact）為金屬（M）與半導(dǎo)體（S）接觸形成的基本結(jié)構(gòu)，通常形成肖特基勢(shì)壘(ShottkyBarrier)，其中肖特基勢(shì)壘是M/S肖特基接觸的主要特征。在特定的條件下M/S接觸可形成歐姆（Ohmic）型接觸。影響肖特基勢(shì)壘的因素有：金屬和半導(dǎo)體的功函數(shù)、金屬感應(yīng)的鏡像電荷產(chǎn)生的鏡像勢(shì)、界面的陷阱態(tài)能級(jí)及其密度等歐姆接觸，可為半導(dǎo)體器件之間的連接提供的低阻互連肖特基二極管，可作為整流結(jié)（肖特基勢(shì)壘）器件使用第五頁(yè)，共39頁(yè)。M/S接觸的形成M/S結(jié)構(gòu)通常是通過(guò)在干凈的半導(dǎo)體表面淀積金屬而形成。利用金屬硅化物（Silicide）技術(shù)可以優(yōu)化和減小接觸電阻，有助于形成低電阻歐姆接觸。第六頁(yè)，共39頁(yè)?！锝饘俸桶雽?dǎo)體的功函數(shù)功函數(shù):W=EVAC-EF,

(

EVAC--真空中靜止電子的能量,亦記作E0)功函數(shù)給出了固體中EF處的電子逃逸到真空所需的最小能量.

第七頁(yè)，共39頁(yè)。金屬功函數(shù)Z第八頁(yè)，共39頁(yè)。關(guān)于功函數(shù)的幾點(diǎn)說(shuō)明:①對(duì)金屬而言,功函數(shù)Wm可看作是固定的.功函數(shù)Wm標(biāo)志了電子在金屬中被束縛的程度.對(duì)半導(dǎo)體而言,功函數(shù)與摻雜有關(guān)②功函數(shù)與表面有關(guān).③功函數(shù)是一個(gè)統(tǒng)計(jì)物理量第九頁(yè)，共39頁(yè)。對(duì)半導(dǎo)體,電子親和能χ是固定的,功函數(shù)與摻雜有關(guān)

圖7-3第十頁(yè)，共39頁(yè)。表7-1半導(dǎo)體功函數(shù)與雜質(zhì)濃度的關(guān)系?

n型半導(dǎo)體:WS=χ+(EC-EF)

?p型半導(dǎo)體:WS=χ+[Eg-(EF-EV)]第十一頁(yè)，共39頁(yè)。熱平衡情形下M/S接觸的能帶圖假設(shè)金屬與半導(dǎo)體功函數(shù)差為：Wms，且一般情況下不為0。當(dāng)金屬和半導(dǎo)體形成接觸時(shí)，如果二者的功函數(shù)不同（費(fèi)米能級(jí)不等），則會(huì)發(fā)生載流子濃度和電勢(shì)的再分布，形成肖特基勢(shì)壘。通常會(huì)出現(xiàn)電子從功函數(shù)?。ㄙM(fèi)米能級(jí)高）的材料流向功函數(shù)大的材料，直到兩材料體內(nèi)各點(diǎn)的費(fèi)米能級(jí)相同（即Ef＝常數(shù)）為止。半導(dǎo)體體內(nèi)載流子的再分布會(huì)形成載流子耗盡或積累，并在耗盡區(qū)或積累區(qū)發(fā)生能帶彎曲，而在金屬體內(nèi)的載流子濃度和能帶基本沒(méi)有變化。第十二頁(yè)，共39頁(yè)?！锝饘俸桶雽?dǎo)體接觸電勢(shì)差一種典型情況:討論M/n型半導(dǎo)體,Wm>Ws(阻擋層）①接觸電勢(shì)差--為了補(bǔ)償兩者功函數(shù)之差,金屬與半導(dǎo)體之間產(chǎn)生電勢(shì)差:Vms=(Ws–Wm)/e

?當(dāng)Wm>Ws,

Vms<0(金屬一邊低電勢(shì))（反阻擋層）?通常,可認(rèn)為接觸電勢(shì)差全部降落于空間電荷區(qū).第十三頁(yè)，共39頁(yè)。第十四頁(yè)，共39頁(yè)。②半導(dǎo)體一邊的勢(shì)壘高度:

VD

=∣Vms∣③表面勢(shì)—半導(dǎo)體表面相對(duì)于體內(nèi)的電勢(shì)

Vs=Vms④金屬一邊的勢(shì)壘高度(肖特基勢(shì)壘--SB):

eΦSB

=eΦns=

Wm–χ

?常常選擇ΦSB為描述金屬/半導(dǎo)體接觸勢(shì)壘的基本物理量(ΦSB幾乎與外加電壓無(wú)關(guān))第十五頁(yè)，共39頁(yè)。第十六頁(yè)，共39頁(yè)。能帶電荷分布電場(chǎng)分布第十七頁(yè)，共39頁(yè)。M/S接觸的電勢(shì)分布和Poisson方程第十八頁(yè)，共39頁(yè)。第十九頁(yè)，共39頁(yè)?！锝饘?半導(dǎo)體接觸的幾種情況對(duì)M/n型半導(dǎo)體:

?

Wm>Ws能帶上彎--電子勢(shì)壘

空間電荷—電離施主

?Wm<Ws能帶下彎--電子勢(shì)阱空間電荷—電子積累勢(shì)壘—阻擋層,勢(shì)阱—反阻擋層第二十頁(yè)，共39頁(yè)。Wm>Ws電子勢(shì)壘W(wǎng)m<Ws電子勢(shì)阱第二十一頁(yè)，共39頁(yè)。對(duì)M/p型半導(dǎo)體:

?Wm>Ws能帶上彎--空穴勢(shì)阱空間電荷—空穴積累

?Wm<Ws能帶下彎--空穴勢(shì)壘空間電荷—電離受主第二十二頁(yè)，共39頁(yè)。Wm<Ws空穴勢(shì)壘W(wǎng)m>Ws空穴勢(shì)阱第二十三頁(yè)，共39頁(yè)。§2金屬半導(dǎo)體接觸整流理論

（肖特基二極管的偏置及其IV特性）第二十四頁(yè)，共39頁(yè)?！颕-V特性的定性圖象①定性圖象--阻擋層的整流作用:(仍討論M/n-S形成電子勢(shì)壘)

M/S接觸是多子器件.對(duì)M/n-S形成的電子勢(shì)壘,其輸運(yùn)特性主要由電子決定.

?正向偏置,半導(dǎo)體一側(cè)電子勢(shì)壘降低,可形成較大的正向電流.

?反向偏置,半導(dǎo)體一側(cè)電子勢(shì)壘升高,反向電流很小.當(dāng)反向偏置加大,反向電流可趨于飽和.第二十五頁(yè)，共39頁(yè)。圖7-10第二十六頁(yè)，共39頁(yè)。1938年，W.Schottky提出了基于整流二極管的理論，稱為肖特基二極管理論。這一理論以金屬和半導(dǎo)體功函數(shù)差為基礎(chǔ)。要定量討論I-V特性,必須討論電子是怎樣越過(guò)勢(shì)壘的.兩種近似模型:?擴(kuò)散理論—?jiǎng)輭緟^(qū)較厚,制約正向電流的主要是電子在空間電荷區(qū)的擴(kuò)散過(guò)程?熱電子發(fā)射理論—載流子的遷移率較高,電子能否通過(guò)勢(shì)壘區(qū),主要受制于勢(shì)壘高度.第二十七頁(yè)，共39頁(yè)。第二十八頁(yè)，共39頁(yè)。②熱電子發(fā)射理論的結(jié)果?其中?有效里查孫常數(shù)(書(shū)上,表7-4)第二十九頁(yè)，共39頁(yè)。第三十頁(yè)，共39頁(yè)。n為理想因子，I0為與不依賴電壓的部分，非理想效應(yīng)用n的取值來(lái)反映，n通常取1.0-1.21）其中I0

通過(guò)外推得到。2）可以從以前的式子得到勢(shì)壘高度，在分析中勢(shì)壘降低必須考慮。3）n從曲線斜率得到。第三十一頁(yè)，共39頁(yè)。

★肖特基勢(shì)壘二極管(SchottkyBarrierDiode——SBD

)p-n結(jié)二極管肖特基勢(shì)壘二極管第三十二頁(yè)，共39頁(yè)。?肖特基勢(shì)壘二極管是多子器件,有優(yōu)良的高頻特性.一般情況下,不必考慮少子的注入和復(fù)合.?肖特基勢(shì)壘二極管有較低的正向?qū)妷?反向擊穿電壓較低,反向漏電較高.?肖特基勢(shì)壘二極管具有制備上的優(yōu)勢(shì).第三十三頁(yè)，共39頁(yè)。第三十四頁(yè)，共39頁(yè)?！餁W姆接觸歐姆接觸是金屬-半導(dǎo)體接觸的另一個(gè)重要應(yīng)用—作為器件引線的電極接觸(